PL217798B1 - Luminescent material and process for the preparation thereof - Google Patents
Luminescent material and process for the preparation thereofInfo
- Publication number
- PL217798B1 PL217798B1 PL393671A PL39367111A PL217798B1 PL 217798 B1 PL217798 B1 PL 217798B1 PL 393671 A PL393671 A PL 393671A PL 39367111 A PL39367111 A PL 39367111A PL 217798 B1 PL217798 B1 PL 217798B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- temperature
- lu2o3
- lutetium
- radiation
- recorded
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
- C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
- C09K11/77—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals
- C09K11/7766—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals containing two or more rare earth metals
- C09K11/7767—Chalcogenides
- C09K11/7769—Oxides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
- C01F17/00—Compounds of rare earth metals
- C01F17/20—Compounds containing only rare earth metals as the metal element
- C01F17/206—Compounds containing only rare earth metals as the metal element oxide or hydroxide being the only anion
- C01F17/224—Oxides or hydroxides of lanthanides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/50—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on rare-earth compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/624—Sol-gel processing
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
- C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
- C04B35/62645—Thermal treatment of powders or mixtures thereof other than sintering
- C04B35/6265—Thermal treatment of powders or mixtures thereof other than sintering involving reduction or oxidation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
- C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
- C04B35/62645—Thermal treatment of powders or mixtures thereof other than sintering
- C04B35/6267—Pyrolysis, carbonisation or auto-combustion reactions
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
- C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
- C04B35/62645—Thermal treatment of powders or mixtures thereof other than sintering
- C04B35/6268—Thermal treatment of powders or mixtures thereof other than sintering characterised by the applied pressure or type of atmosphere, e.g. in vacuum, hydrogen or a specific oxygen pressure
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
- C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
- C04B35/632—Organic additives
- C04B35/634—Polymers
- C04B35/63448—Polymers obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
- C04B35/63488—Polyethers, e.g. alkylphenol polyglycolether, polyethylene glycol [PEG], polyethylene oxide [PEO]
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
- G21K4/00—Conversion screens for the conversion of the spatial distribution of X-rays or particle radiation into visible images, e.g. fluoroscopic screens
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/50—Solid solutions
- C01P2002/52—Solid solutions containing elements as dopants
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/80—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70
- C01P2002/84—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70 by UV- or VIS- data
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
- C04B2235/3244—Zirconium oxides, zirconates, hafnium oxides, hafnates, or oxide-forming salts thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/44—Metal salt constituents or additives chosen for the nature of the anions, e.g. hydrides or acetylacetonate
- C04B2235/443—Nitrates or nitrites
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/44—Metal salt constituents or additives chosen for the nature of the anions, e.g. hydrides or acetylacetonate
- C04B2235/444—Halide containing anions, e.g. bromide, iodate, chlorite
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/44—Metal salt constituents or additives chosen for the nature of the anions, e.g. hydrides or acetylacetonate
- C04B2235/449—Organic acids, e.g. EDTA, citrate, acetate, oxalate
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/74—Physical characteristics
- C04B2235/79—Non-stoichiometric products, e.g. perovskites (ABO3) with an A/B-ratio other than 1
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Luminescent Compositions (AREA)
Abstract
Przedmiotem wynalazku jest materiał luminescencyjny charakteryzujący się tym, że zawiera matrycę z trójtlenku lutetu Lu2O3 domieszkowaną prazeodymem i hafnem oraz sposób otrzymywania wspomnianego materiału.The subject of the invention is a luminescent material characterized by the fact that it contains a matrix of lutetium trioxide Lu2O3 doped with praseodymium and hafnium, and a method for obtaining the said material.
Description
Liczba znanych luminoforów cechujących się zdolnością do magazynowania w sposób trwały energii pozyskiwanej podczas naświetlania wysokoenergetycznym promieniowaniem ultrafioletowym lub rentgenowskim jest bardzo ograniczona. Spośród znanych pamięci rentgenowskich praktycznie w obrazowaniu medycznym tylko proszek BaFBr:Eu2+ znalazł zastosowanie i jest uważany za najlepszy materiał tego typu kiedykolwiek odkryty. W roku 1980 Fuji Photo Film (Tokyo, Japonia) opatentowało proces wykorzystujący różnorodne fotostymulowane luminofory, w tym BaFX:Eu2+ (X=Cl,Br), do zapisu obrazu intensywności promieniowania rentgenowskiego padającego na warstwę takiego materiału (N. Kotera, S. Eguchi, J. Miyahara, S. Matsumoto, and H. Kato, patenty amerykańskie: US 4236078 oraz US4239968). W 1983 opisana została w literaturze metoda otrzymywania komputerowego obrazu radiologicznego z wykorzystaniem pamięci rentgenowskiej BaFBr:Eu2+. Luminofor ten do dziś pozostaje najszerzej badanym i udoskonalanym luminoforem tego typu (M. Sonoda, M. Takano, J. Miyahara, and H. Kato, Radiology 148 (1983) 833 - 838.). Możliwość wytwarzania przezroczystych płyt na bazie Lu2O3 została opisana między innymi w A. Lempicki et al. Nucl. Instr. Meth A 488 (2002) 579-590. Informacje o luminescencji Lu2O3:Pr były już publikowane (C. De Mello Donega, A. Meijerink, G. Blasse, J. Phys. Chem. Solids 56 (1995) 673-685), jednak nie ma w literaturze wzmianki o możliwości magazynowania energii w układach na bazie Lu2O3:Pr.The number of known phosphors with the ability to permanently store the energy obtained during irradiation with high-energy ultraviolet or X-ray radiation is very limited. Among the known X-ray memories practically in medical imaging, only BaFBr: Eu 2+ powder has found application and is considered to be the best material of this type ever discovered. In 1980, Fuji Photo Film (Tokyo, Japan) patented a process that used a variety of photostimulated phosphors, including BaFX: Eu 2+ (X = Cl, Br), to record an image of the intensity of X-rays falling on a layer of such material (N. Kotera, S Eguchi, J. Miyahara, S. Matsumoto, and H. Kato, US patents US 4,236,078 and US4239968). In 1983, the method of obtaining a computer radiological image with the use of BaFBr: Eu 2+ X-ray memory was described in the literature. This phosphor remains the most extensively researched and refined phosphor of this type to this day (M. Sonoda, M. Takano, J. Miyahara, and H. Kato, Radiology 148 (1983) 833-838.). The possibility of producing transparent sheets based on Lu 2 O 3 has been described, inter alia, in A. Lempicki et al. Nucl. Instr. Meth A 488 (2002) 579-590. Information on the luminescence Lu 2 O 3 : Pr has already been published (C. De Mello Donega, A. Meijerink, G. Blasse, J. Phys. Chem. Solids 56 (1995) 673-685), but there is no mention of possibilities of energy storage in Lu2O3 based systems: Pr.
Wadą wszystkich pamięci rentgenowskich wytwarzanych w formie proszków jest silne rozpraszanie światła na ziarnach luminoforów. Zjawisko to powoduje silne rozmycie obrazów medycznych jednego z najważniejszych zastosowań praktycznych tego typu materiałów. Dlatego podejmowane są próby wytworzenia pamięci rentgenowskich w postaci przezroczystych płyt. Aby to osiągnąć w szklanej matrycy rozprasza się krystaliczne ziarna pamięci optycznej o możliwie małym rozmiarze, aby dodatkowo obniżyć efekty rozpraszania (S. Schweizer, J. A. Johnson, Radiation Measurements 42 (2007) 632 - 637). O ile rzeczywiście rozdzielczość obrazów otrzymanych z użyciem takiej pamięci rentgenowskiej jest wyraźnie lepsza, to obecność szkła - nieaktywnego w procesie generowania emisji, ale absorbującego promieniowanie rentgenowskie - powoduje, że konieczne staje się zwiększenie dawki promieniowania jonizującego, a to obniża sens takiego rozwiązania w diagnostyce medycznej. Wszak główną zaletą użycia pamięci rentgenowskich w obrazowaniu medycznym była zdecydowana redukcja koniecznej dawki promieniowania rentgenowskiego, co czyniło technikę bardziej bezpieczną dla pacjenta. Prezentowany problem rozwiązuje prezentowany wynalazek.The disadvantage of all X-ray memories produced in the form of powders is the strong scattering of light on the phosphor grains. This phenomenon causes a strong blurring of medical images, one of the most important practical applications of this type of material. Therefore, attempts are made to produce X-ray memories in the form of transparent plates. To achieve this, optical memory crystalline grains are dispersed as small as possible in the glass matrix to further reduce scattering effects (S. Schweizer, J. A. Johnson, Radiation Measurements 42 (2007) 632-637). While the resolution of images obtained with the use of such X-ray memory is clearly better, the presence of glass - inactive in the emission generation process, but absorbing X-rays - makes it necessary to increase the dose of ionizing radiation, and this reduces the sense of such a solution in medical diagnostics. . After all, the main advantage of using X-ray memories in medical imaging was the significant reduction of the necessary dose of X-rays, which made the technique safer for the patient. The presented problem is solved by the present invention.
Przedmiotem wynalazku jest pamięć optyczna i rentgenowska charakteryzująca się tym, że zawiera matrycę z trójtlenku lutetu LU2O3 domieszkowaną prazeodymem i hafnem. Korzystnie pamięć według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawartość prazeodymu, liczona w procentach atomowych w odniesieniu do lutetu, wynosi od 0.025% do 0.2%. Równie korzystnie pamięć według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawartość hafnu, liczona w procentach atomowych w odniesieniu do lutetu, wynosi od 0.05% do 0.5%.The subject of the invention is an optical and X-ray memory characterized in that it comprises a matrix of LU2O3 lutein trioxide doped with praseodymium and hafnium. Preferably, the memory according to the invention is characterized in that the praseodymium content, calculated in atomic percentages with respect to the lutetium, is from 0.025% to 0.2%. The memory according to the invention is likewise preferably characterized in that the hafnium content, based on atomic percentages with respect to the lutetium, is from 0.05% to 0.5%.
Drugim przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania określonej w pierwszym przedmiocie wynalazku, pamięci optycznej i rentgenowskiej określonej w pierwszym wynalazku, techniką zol-żel, charakteryzujący się tym, że obejmuje następujące etapy: a) miesza się uwodniony azotan lutetu z roztworem kwasu a hydroksykarboksylowego, korzystnie kwasu cytrynowego, w obecności jonów metali prazeodymu i hafnu oraz glikolu etylenowego w stosunkach stechiometrycznych; b) ogrzewa się mieszaninę reakcyjną, korzystnie do temperatury około 80°C do przekształcenia mieszaniny w żel; c) ogrzewa się żel, korzystnie do temperatury 150°C, do przekształcenia w żywicę; d) ogrzewa się żywicę, korzystnie do temperatury z zakresu 600 - 700°C, do spalenia organicznych składników do tlenków metali; e) wygrzewa się materiał otrzymany w etapie d) do spalenia organicznych składników w czasie od 2 do 5 godzin w atmosferze gazu redukującego, korzystnie mieszaninie azotu z wodorem w stosunku objętościowym 75:25, próżni lub powietrzu w temperaturze nie niższej niż 1200°C; f) studzi się materiał otrzymany w etapie e). Równie korzystnie sposób według wynalazku charakteryzuje się tym, że wykorzystane jony metali w etapie mieszania azotanu lutetu z roztworem kwasu a-hydroksykarboksylowego mają postać tlenków metali takich jak: Pr6O11, Lu2O3 lub ich soli korzystnie chlorków, takich jak: HfCl4, azotanów, lub innych rozpuszczalnych w stosowanym kwasie cytrynowym.The second subject of the invention is a method of obtaining the optical and X-ray memory defined in the first aspect of the invention by the sol-gel technique, characterized in that it comprises the following steps: a) hydrated lutetium nitrate is mixed with a solution of a hydroxycarboxylic acid, preferably lemon, in the presence of metal ions of praseodymium and hafnium and ethylene glycol in stoichiometric ratios; b) heating the reaction mixture, preferably to about 80 ° C, to convert the mixture to a gel; c) heating the gel, preferably to 150 ° C, to convert into a resin; d) heating the resin, preferably to a temperature in the range 600-700 ° C, to burn the organic components to metal oxides; e) the material obtained in step d) is annealed to burn the organic components for 2 to 5 hours in a reducing gas atmosphere, preferably a 75:25 volumetric nitrogen / hydrogen mixture, vacuum or air at a temperature not lower than 1200 ° C; f) the material obtained in step e) is cooled. Equally preferably, the method according to the invention is characterized in that the metal ions used in the step of mixing the lutetium nitrate with the α-hydroxycarboxylic acid solution are in the form of metal oxides such as: Pr6O11, Lu2O3 or their salts, preferably chlorides, such as: HfCl4, nitrates, or other soluble in the citric acid used.
Najważniejszą zaletą przedstawianego wynalazku jest fakt, że luminofor ten ma największą gęstość ze znanych pamięci optycznych, a tym samym najefektywniej absorbuje promieniowanie rentgenowskie. To z kolei oznacza, że użyty nawet w formie cienkiej warstwy jest w stanie zaabsorbować większy niż inne znane pamięci optyczne i rentgenowskie ułamek padającego promieniowania X.The most important advantage of the present invention is the fact that this phosphor has the highest density among known optical memories, and thus absorbs X-rays most effectively. This in turn means that, even in the form of a thin layer, it is able to absorb a larger fraction of the incident X-ray than other known optical and X-ray memories.
PL 217 798 B1PL 217 798 B1
To daje z kolei możliwość uzyskania większej intensywności światła w trakcie wygrzewania lub stymulacji materiału promieniowaniem podczerwonym. Inną zaletą przedstawianej pamięci optycznej i rentgenowskiej o ogromnym znaczeniu, jest fakt, że materiał ten może być wytwarzany w formie nie tylko proszku, czy prostego spieku, ale także, jako przezroczysty spiek ceramiczny, co związane jest z faktem, że jest to materiał optycznie izotropowy, gdyż krystalizuje w regularnym układzie krystalograficznym. Dzięki temu w procesie odzyskiwania informacji w wyniku stymulacji promieniowaniem podczerwonym, lub długofalowym czerwonym nie dochodzi do rozpraszania światła. W przypadku użycia w diagnostyce medycznej przekłada się to bezpośrednio na wzrost rozdzielczości obrazów i ich kontrastu - dwóch najważniejszych parametrów decydujących o jakości i przydatności obrazu medycznego. Obserwowana emisja światła z luminoforu będącego przedmiotem niniejszego zgłoszenia jest związana z radiacyjną relaksacją wzbudzonego jonu Pr3+. Emitowane światło ma barwę czerwoną, która jest efektywnie rejestrowana przez szereg detektorów elektronicznych - fotopowielacze, a szczególnie fotodiody i kamery CCD. Ważną zaletą prezentowanego materiału jest też to, że Lu2O3 nie wykazuje degradacji właściwości pod wpływem czynników atmosferycznych, takich jak wilgoć, czy dwutlenek węgla oraz inne gazy obecne w powietrzu. Dzięki temu może być stosowany bez konieczności używania specjalnych zabezpieczeń od wpływów czynników zewnętrznych. Materiały zdolne do długotrwałego przechowywania energii pozyskanej w wyniku absorpcji promieniowania krótkofalowego, np. ultrafioletowego mogą służyć, jako detektory promieniowania X w cyfrowej diagnostyce medycznej (cyfrowe obrazowanie), w której obraz „wywoływany jest poprzez stymulację naświetlonego wcześniej promieniami X materiału, tzw. pamięci rentgenowskiej, niskoenergetycznym promieniowaniem podczerwonym lub długofalowym promieniowaniem czerwonym. Materiały takie mogą być też stosowane w zabezpieczaniu dokumentów wrażliwych i banknotów. Mogą też być używane jako czujniki temperatury. Materiały te, wcześniej naświetlone promieniowaniem ultrafioletowym lub X, mogą też być wykorzystywane jako źródło promieniowania widzialnego po ogrzaniu do wyższych temperatur lub w wyniku stymulacji promieniowaniem podczerwonym. Drobnoziarniste proszki takich luminoforów wbudowane na przykład w matrycę polimerową mogą służyć jako wskaźnik podczerwonego promieniowania laserowego, co zasadniczo zwiększa bezpieczeństwo pracy z laserami pracującymi w podczerwieni. Duża gęstość, a tym samym duży współczynnik absorpcji promieniowania X przez Lu2O3 oraz możliwość wytwarzania go w formie przezroczystego spieku ceramicznego każe diagnostykę medyczną wskazać jako potencjalnie główne wykorzystanie pamięci rentgenowskiej Lu2O3: Pr, Hf.This, in turn, makes it possible to obtain higher light intensity during heating or stimulation of the material with infrared radiation. Another advantage of the presented optical and X-ray memory of great importance is the fact that this material can be produced not only in the form of a powder or a simple sinter, but also as a transparent ceramic sinter, due to the fact that it is an optically isotropic material as it crystallizes in a regular crystallographic system. Thanks to this, in the process of information retrieval as a result of stimulation with infrared or long-wave red radiation, light does not scatter. When used in medical diagnostics, this translates directly into an increase in image resolution and their contrast - the two most important parameters determining the quality and usefulness of a medical image. The observed light emission from the phosphor that is the subject of the present application is related to the radiation relaxation of the excited Pr 3+ ion. The emitted light is red, which is effectively recorded by a number of electronic detectors - photomultipliers, and especially photodiodes and CCD cameras. An important advantage of the presented material is also the fact that Lu2O3 does not show degradation of properties under the influence of atmospheric factors such as moisture, carbon dioxide and other gases present in the air. Thanks to this, it can be used without the need to use special protection against external factors. Materials capable of long-term storage of energy obtained as a result of absorption of short-wave radiation, e.g. ultraviolet radiation, can be used as X-ray detectors in digital medical diagnostics (digital imaging), in which the image "is evoked by stimulating the material previously exposed to X rays, the so-called X-ray memory, low-energy infrared or long-wave red radiation. Such materials can also be used in the security of sensitive documents and banknotes. They can also be used as temperature sensors. These materials, previously exposed to ultraviolet or X radiation, can also be used as a source of visible radiation when heated to higher temperatures or as a result of stimulation with infrared radiation. Fine-grained powders of such phosphors embedded in, for example, a polymer matrix can serve as an indicator of infrared laser radiation, which substantially increases the safety of working with infrared lasers. High density, and thus a high X-ray absorption coefficient by Lu2O3 and the possibility of producing it in the form of a transparent ceramic sinter, make medical diagnostics indicate the potential main use of Lu2O3 X-ray memory: Pr, Hf.
Przykłady realizacji wynalazku przedstawiono na załączonym rysunku, na którym na Fig. 1 przedstawia widmo emisji pod wpływem wzbudzenia promieniowaniem ultrafioletowym o długości fali 254 nm dla Lu2O3: Pr(0.025%), Hf(0.05%) zsyntezowanego w temperaturze 1700°C w powietrzu, Fig. 2 widmo emisji pod wpływem wzbudzenia promieniowaniem rentgenowskim dla Lu2O3: Pr(0.025%), Hf(0,05%) zsyntezowanego w temperaturze 1700°C w powietrzu, Fig. 3 krzywą żarzenia zarejestrowaną po naświetleniu promieniowaniem ultrafioletowym o długości fali 254 nm dla Lu2O3: Pr(0.025%), Hf(0.05%) zsyntezowanego w temperaturze 1700°C w powietrzu, Fig. 4 krzywą żarzenia zarejestrowaną po naświetleniu promieniowaniem rentgenowskim dla Lu2O3: Pr(0.025%), Hf(0,05%) zsyntezowanego w temperaturze 1700°C w powietrzu, Fig. 5 optycznie stymulowaną luminescencję (a) i jej zanik (b) zarejestrowane pod wpływem promieniowania podczerwonego 980 nm dla Lu2O3: Pr(0.025%), Hf(0.05%) zsyntezowanego w temperaturze 1700°C w powietrzu, a przed pomiarem naświetlonego promieniowaniem ultrafioletowym o długości fali 254 nm, Fig. 6 krzywą żarzenia zarejestrowaną po naświetleniu promieniowaniem ultrafioletowym o długości fali 254 nm dla Lu2O3: Pr(0.025%), Hf(0.1%) zsyntezowanego w temperaturze 1700°C w atmosferze mieszaniny 25% H2+N2, Fig. 7 krzywe żarzenia zarejestrowane dla Lu2O3: Pr(0.025%), Hf(0.1%) zsyntezowanego w temperaturze 1700°C w atmosferze mieszaniny 25% H2+N2 po uprzednim naświetleniu promieniowaniem ultrafioletowym o długości fali 254 nm (linia ciągła) i dodatkowo po naświetleniu promieniowaniem podczerwonym o długości fali 980 nm (linia kreska-kropka), 780 nm (linia kropkowana) oraz po odczekaniu 6 godzin od naświetlania promieniowaniem UV o długości fali 254 nm (linia przerywana), Fig. 8 krzywe żarzenia zarejestrowane po naświetleniu promieniowaniem rentgenowskim dla Lu2O3: Pr(0,025%), Hf(0.1%) zsyntezowanego w temperaturze 1700°C w atmosferze mieszaniny 25% H2+N2, Fig. 9 temperaturową zależność luminescencji zarejestrowaną po naświetlaniu promieniowaniem rentgenowskim dla Lu2O3: Pr(0.025%), Hf(0.1%) zsyntezowanego w temperaturze 1700°C w atmosferze mieszaniny 25% H2+N2, Fig. 10 widma emisji zarejestrowane w temperaturach 100°C (linia kropkowana), 200°C (linia przerywana) i 270°C (linia ciągła) po wzbudzeniu promieniowaniem rentgenowskim dla Lu2O3: Pr(0.025%), Hf(0.1%) zsyntezowanego w temperaturze 1700°C w atmosferze mieszaninyExamples of the implementation of the invention are shown in the attached drawing, in which Fig. 1 shows the emission spectrum under the influence of excitation by ultraviolet radiation with a wavelength of 254 nm for Lu2O3: Pr (0.025%), Hf (0.05%) synthesized at a temperature of 1700 ° C in air, Fig. 2 emission spectrum under the influence of X-ray excitation for Lu2O3: Pr (0.025%), Hf (0.05%) synthesized at a temperature of 1700 ° C in air, Fig. 3 glow curve recorded after exposure to ultraviolet radiation with a wavelength of 254 nm for Lu2O3: Pr (0.025%), Hf (0.05%) synthesized at a temperature of 1700 ° C in air, Fig. 4 glow curve recorded after exposure to X-ray radiation for Lu2O3: Pr (0.025%), Hf (0.05%) synthesized at a temperature of 1700 ° C in air, Fig. 5 optically stimulated luminescence (a) and its disappearance (b) recorded under the influence of infrared radiation 980 nm for Lu2O3: Pr (0.025%), Hf (0.05%) synthesized at a temperature of 1700 ° C in the air, a before the measurement of the irradiated ultraviolet radiation with a wavelength of 254 nm, Fig. 6, the glow curve recorded after exposure to ultraviolet radiation with a wavelength of 254 nm for Lu2O3: Pr (0.025%), Hf (0.1%) synthesized at a temperature of 1700 ° C in the mixture atmosphere 25 % H2 + N2, Fig. 7 glow curves recorded for Lu2O3: Pr (0.025%), Hf (0.1%) synthesized at a temperature of 1700 ° C in an atmosphere of a 25% H2 + N2 mixture after prior exposure to ultraviolet radiation with a wavelength of 254 nm ( solid line) and additionally after irradiation with infrared radiation with a wavelength of 980 nm (dash-dot line), 780 nm (dotted line) and after waiting 6 hours after exposure to UV radiation with a wavelength of 254 nm (dashed line), Fig. 8 curves incandescence recorded after exposure to X-ray radiation for Lu2O3: Pr (0.025%), Hf (0.1%) synthesized at a temperature of 1700 ° C in an atmosphere of a mixture of 25% H2 + N2, Fig. 9 temperature dependence of luminescence ji recorded after exposure to X-ray radiation for Lu2O3: Pr (0.025%), Hf (0.1%) synthesized at a temperature of 1700 ° C in an atmosphere of a mixture of 25% H2 + N2, Fig. 10 emission spectra recorded at temperatures of 100 ° C (dotted line) , 200 ° C (dashed line) and 270 ° C (solid line) after excitation with X-ray radiation for Lu2O3: Pr (0.025%), Hf (0.1%) synthesized at a temperature of 1700 ° C in the atmosphere of the mixture
PL 217 798 B1PL 217 798 B1
25% H2+N2, Fig. 11 optycznie stymulowaną luminescencję zarejestrowaną pod wpływem promieniowania podczerwonego 980 nm dla Lu2O3: Pr(0,025%), Hf(0,05%) zsyntezowanego w temperaturze25% H2 + N2, Fig. 11 optically stimulated luminescence recorded under the influence of infrared radiation 980 nm for Lu2O3: Pr (0.025%), Hf (0.05%) synthesized at the temperature
1700°C w atmosferze mieszaniny 25% H2+N2, a przed pomiarem naświetlonego promieniowaniem rentgenowskim, Fig. 12 zanik poświaty w temperaturze 160°C dla Lu2O3: Pr(0,025%), Hf(0,1%) zsyntezowanego w temperaturze 1700°C w atmosferze mieszaniny 25% H2+N2. Krzywa doświadczalna może być dobrze opisana równaniem I = I0 * (1 + yt)-n, gdzie γ = 2,74 * 10-6, a wartość wykładnika n = 2.3, Fig. 13 krzywą żarzenia zarejestrowaną po naświetleniu promieniowaniem ultrafioletowym o długości fali 254 nm dla Lu2O3: Pr(0.05%), Hf(0.1%) zsyntezowanego w temperaturze 1700°C w atmosferze mieszaniny 25% H2+N2, Fig. 14 temperaturową zależność luminescencji zarejestrowaną po naświetlaniu promieniowaniem ultrafioletowym 254 nm dla Lu2O3: Pr(0.05%), Hf(0,1%) zsyntezowanego w temperaturze 1700°C w atmosferze mieszaniny 25% H2+N2, Fig. 15 krzywą żarzenia zarejestrowaną po naświetleniu promieniowaniem rentgenowskim dla Lu2O3: Pr(0.05%), Hf(0.1%) zsyntezowanego w temperaturze 1700°C w atmosferze mieszaniny 25% H2+N2, Fig. 16 optycznie stymulowaną luminescencję zarejestrowaną pod wpływem promieniowania podczerwonego 980 nm dla Lu2O3: Pr(0.05%), Hf(0.1%) zsyntezowanego w temperaturze 1700°C w atmosferze mieszaniny 25% H2+N2, a przed pomiarem naświetlonego promieniowaniem rentgenowskim, Fig. 17 zanik poświaty zarejestrowany w różnych temperaturach: 160°C, 185°C, 200°C dla Lu2O3: Pr(0.05%), Hf(0.1%) zsyntezowanego w temperaturze 1700°C w atmosferze mieszaniny 25% H2+N2. Krzywa doświadczalna może być dobrze opisana równaniem I = I0 * (1 + γυ-η, gdzie wartości wykładników n i γ zmieniają się z temperaturą pomiaru i wynoszą odpowiednio n = 2.8, 5.7, 8.3 i γ = 9.11 * 10-8, 4.91 * 10-8, 1.14 *1700 ° C in the atmosphere of a 25% H2 + N2 mixture, and before the measurement of the irradiated X-ray radiation, Fig. 12 disappearance of the afterglow at 160 ° C for Lu2O3: Pr (0.025%), Hf (0.1%) synthesized at the temperature of 1700 ° C in the atmosphere of a mixture of 25% H2 + N2. The experimental curve can be well described by the equation I = I 0 * (1 + yt) -n , where γ = 2.74 * 10 -6 , and the value of the exponent n = 2.3, Fig. 13 the glow curve recorded after exposure to ultraviolet radiation of the length wave 254 nm for Lu2O3: Pr (0.05%), Hf (0.1%) synthesized at a temperature of 1700 ° C in an atmosphere of a 25% H2 + N2 mixture, Fig. 14, the temperature dependence of luminescence recorded after exposure to ultraviolet radiation of 254 nm for Lu2O3: Pr ( 0.05%), Hf (0.1%) synthesized at a temperature of 1700 ° C in an atmosphere of a mixture of 25% H2 + N2, Fig. 15 glow curve recorded after exposure to X-ray radiation for Lu2O3: Pr (0.05%), Hf (0.1%) synthesized at a temperature of 1700 ° C in an atmosphere of a mixture of 25% H2 + N2, Fig. 16 optically stimulated luminescence recorded under the influence of infrared radiation 980 nm for Lu2O3: Pr (0.05%), Hf (0.1%) synthesized at a temperature of 1700 ° C in the atmosphere a mixture of 25% H2 + N2, and before the measurement of the irradiated beam X-ray radiation, Fig. 17 afterglow decay recorded at various temperatures: 160 ° C, 185 ° C, 200 ° C for Lu2O3: Pr (0.05%), Hf (0.1%) synthesized at a temperature of 1700 ° C in an atmosphere of a 25% H2 mixture + N2. The experimental curve can be well described by the equation I = I 0 * (1 + γυ -η , where the values of the exponents ni γ change with the measurement temperature and are respectively n = 2.8, 5.7, 8.3 and γ = 9.11 * 10 -8 , 4.91 * 10-8 , 1.14 *
10-15 dla 160°C, 185°C i 200°C, Fig. 18 widmo emisji pod wpływem wzbudzenia promieniowaniem rentgenowskim dla Lu2O3: Pr(0.05%), Hf(0.2%) zsyntezowanego w temperaturze 1500°C w powietrzu, Fig. 19 krzywą żarzenia zarejestrowaną po naświetleniu promieniowaniem ultrafioletowym o długości fali 254 nm dla Lu2O3: Pr (0.05%), Hf(0.2%) zsyntezowanego w temperaturze 1500°C w powietrzu, Fig. 20 krzywą żarzenia zarejestrowaną po naświetleniu promieniowaniem rentgenowskim dla Lu2O3: Pr(0.05%), Hf(0.2%) zsyntezowanego w temperaturze 1500°C w powietrzu, Fig. 21 optycznie stymulowaną luminescencję zarejestrowaną pod wpływem promieniowania podczerwonego 980 nm dla Lu2O3: Pr(0.05%), Hf(0.2%) zsyntezowanego w temperaturze 1500°C w powietrzu, a przed pomiarem naświetlonego promieniowaniem ultrafioletowym o długości fali 254 nm, Fig. 22 widmo emisji pod wpływem wzbudzenia promieniowaniem rentgenowskim dla Lu2O3: Pr(0.05%), Hf(0.2%) zsyntezowanego w temperaturze 1500°C w próżni, Fig. 23 krzywą żarzenia zarejestrowaną po naświetleniu promieniowaniem ultrafioletowym o długości fali 254 nm dla Lu2O3: Pr(0.05%), Hf(0.2%) zsyntezowanego w temperaturze 1500°C w próżni, Fig. 24 krzywą żarzenia zarejestrowaną po naświetleniu promieniowaniem rentgenowskim dla Lu2O3: Pr(0.05%), Hf(0.2%) zsyntezowanego w temperaturze 1500°C w próżni, Fig. 25 optycznie stymulowaną luminescencję zarejestrowaną pod wpływem promieniowania podczerwonego 980 nm dla Lu2O3: Pr(0.05%), Hf(0.2%) zsyntezowanego w temperaturze 1500°C w próżni, a przed pomiarem naświetlonego promieniowaniem ultrafioletowym o długości fali 254 nm, Fig. 26 widmo emisji pod wpływem wzbudzenia promieniowaniem rentgenowskim dla Lu2O3: Pr(0.05%), Hf(0.3%) zsyntezowanego w temperaturze 1700°C w próżni, Fig. 27 krzywą żarzenia zarejestrowaną po naświetleniu promieniowaniem ultrafioletowym o długości fali 254 nm dla Lu2O3: Pr(0.05%), Hf(0.3%) zsyntezowanego w temperaturze 1700°C w próżni, Fig. 28 krzywą żarzenia zarejestrowaną po naświetleniu promieniowaniem rentgenowskim dla Lu2O3: Pr(0.05%), Hf(0.3%) zsyntezowanego w temperaturze 1700°C w próżni, Fig. 29 optycznie stymulowaną luminescencję zarejestrowaną pod wpływem promieniowania podczerwonego 980 nm dla Lu2O3: Pr(0.05%), Hf(0.3%) zsyntezowanego w temperaturze 1700°C w próżni, a przed pomiarem naświetlonego promieniowaniem rentgenowskim, Fig. 30 zanik poświaty w temperaturze 160°C dla Lu2O3: Pr(0.05%), Hf(0.3%) zsyntezowanego w temperaturze 1700°C w próżni, krzywa doświadczalna może być dobrze opisana równaniem I = I0 * (1 + γυ-η, gdzie γ = 1.09 * 10-6, a n = 2.3, Fig. 31 widmo emisji pod wpływem wzbudzenia promieniowaniem rentgenowskim dla Lu2O3: Pr(0.05%), Hf(0.5%) zsyntezowanego w temperaturze 1700°C w powietrzu, Fig. 32 krzywą żarzenia zarejestrowaną po naświetleniu promieniowaniem ultrafioletowym o długości fali 254 nm dla Lu2O3: Pr(0.05%), Hf(0.5%) zsyntezowanego w temperaturze 1700°C w powietrzu, Fig. 33 krzywą żarzenia zarejestrowaną po naświetleniu promieniowaniem rentgenowskim dla Lu2O3: Pr(0.05%), Hf(0.5%) zsyntezowanego w temperaturze 1700°C w powietrzu, Fig. 34 optycznie stymulowaną luminescencję zarejestrowaną pod wpływem promieniowania podczerwonego 980 nm dla Lu2O3: Pr(0.05%), Hf(0.5%) zsyntezowanego w temperaturze 1700°C w powietrzu, a przed pomiarem naświetlonego promieniowaniem ultrafioletowym o długości fali 254 nm,10 -15 for 160 ° C, 185 ° C and 200 ° C, Fig. 18 emission spectrum under X-ray excitation for Lu2O3: Pr (0.05%), Hf (0.2%) synthesized at 1500 ° C in air, Fig 19 glow curve recorded after exposure to ultraviolet radiation with a wavelength of 254 nm for Lu2O3: Pr (0.05%), Hf (0.2%) synthesized at 1500 ° C in air, Fig. 20 glow curve recorded after exposure to X-ray radiation for Lu2O3: Pr (0.05%), Hf (0.2%) synthesized at 1500 ° C in air, Fig. 21 optically stimulated luminescence recorded under the influence of infrared radiation 980 nm for Lu2O3: Pr (0.05%), Hf (0.2%) synthesized at the temperature 1500 ° C in air, and before the measurement irradiated with ultraviolet radiation with a wavelength of 254 nm, Fig. 22 emission spectrum under the influence of X-ray excitation for Lu2O3: Pr (0.05%), Hf (0.2%) synthesized at a temperature of 1500 ° C in a vacuum , Fig. 23 glow curve of zar recorded after exposure to ultraviolet radiation with a wavelength of 254 nm for Lu2O3: Pr (0.05%), Hf (0.2%) synthesized at a temperature of 1500 ° C in a vacuum, Fig. 24 glow curve recorded after exposure to X-ray radiation for Lu2O3: Pr (0.05% ), Hf (0.2%) synthesized at 1500 ° C in a vacuum, Fig. 25 optically stimulated luminescence recorded under the influence of infrared radiation 980 nm for Lu2O3: Pr (0.05%), Hf (0.2%) synthesized at 1500 ° C at vacuum, and before the measurement of irradiated with ultraviolet radiation with a wavelength of 254 nm, Fig. 26 emission spectrum under X-ray excitation for Lu2O3: Pr (0.05%), Hf (0.3%) synthesized at a temperature of 1700 ° C in a vacuum, Fig. 27 glow curve recorded after exposure to ultraviolet radiation with a wavelength of 254 nm for Lu2O3: Pr (0.05%), Hf (0.3%) synthesized at a temperature of 1700 ° C in a vacuum, Fig. 28 glow curve recorded after radiation exposure X-ray method for Lu2O3: Pr (0.05%), Hf (0.3%) synthesized at 1700 ° C in a vacuum, Fig. 29 optically stimulated luminescence recorded under the influence of infrared radiation 980 nm for Lu2O3: Pr (0.05%), Hf (0.3 %) synthesized at a temperature of 1700 ° C in a vacuum, and before the measurement of irradiated X-ray radiation, Fig. 30 decay of afterglow at a temperature of 160 ° C for Lu2O3: Pr (0.05%), Hf (0.3%) synthesized at a temperature of 1700 ° C in a vacuum , the experimental curve can be well described by the equation I = I 0 * (1 + γυ -η , where γ = 1.09 * 10 -6 , an = 2.3, Fig. 31 emission spectrum under the influence of X-ray excitation for Lu2O3: Pr (0.05% ), Hf (0.5%) synthesized at a temperature of 1700 ° C in air, Fig. 32 glow curve recorded after exposure to ultraviolet radiation with a wavelength of 254 nm for Lu2O3: Pr (0.05%), Hf (0.5%) synthesized at a temperature of 1700 ° C in air, Fig. 33, the glow curve recorded after irradiation with re for Lu2O3: Pr (0.05%), Hf (0.5%) synthesized at 1700 ° C in air, Fig. 34 optically stimulated luminescence recorded under the influence of infrared radiation 980 nm for Lu2O3: Pr (0.05%), Hf (0.5%) ) synthesized at a temperature of 1700 ° C in air, and before measurement when exposed to ultraviolet radiation with a wavelength of 254 nm,
PL 217 798 B1PL 217 798 B1
Fig. 35 widmo emisji pod wpływem wzbudzenia promieniowaniem rentgenowskim dla Lu2O3: Pr(0.1%), Hf(0.2%) zsyntezowanego w temperaturze 1700°C w powietrzu, Fig. 36 krzywą żarzenia zarejestrowaną po naświetleniu promieniowaniem ultrafioletowym o długości fali 254 nm dla Lu2O3: Pr(0.1%), Hf(0.2%) zsyntezowanego w temperaturze 1700°C w powietrzu, Fig. 37 krzywą żarzenia zarejestrowaną po naświetleniu promieniowaniem rentgenowskim dla Lu2O3: Pr(0.1%), Hf(0.2%) zsyntezowanego w temperaturze 1700°C w powietrzu, Fig. 38 optycznie stymulowaną luminescencję zarejestrowaną pod wpływem promieniowania podczerwonego 980 nm dla Lu2O3: Pr(0.1%), Hf(0.2%) zsyntezowanego w temperaturze 1700°C w powietrzu, a przed pomiarem naświetlonego promieniowaniem ultrafioletowym 254 nm, Fig. 39 Zanik optycznie stymulowanej emisji promieniowaniem podczerwonym 980 nm dla Lu2O3: Pr(0.1%), Hf(0.2%) zsyntezowanego w temperaturze 1700°C w powietrzu,Fig. 35 emission spectrum under the influence of X-ray excitation for Lu2O3: Pr (0.1%), Hf (0.2%) synthesized at 1700 ° C in air, Fig. 36 glow curve recorded after exposure to ultraviolet radiation with a wavelength of 254 nm for Lu2O3 : Pr (0.1%), Hf (0.2%) synthesized at 1700 ° C in air, Fig. 37 glow curve recorded after exposure to X-ray radiation for Lu2O3: Pr (0.1%), Hf (0.2%) synthesized at 1700 ° C in air, Fig. 38 optically stimulated luminescence recorded under the influence of infrared radiation 980 nm for Lu2O3: Pr (0.1%), Hf (0.2%) synthesized at a temperature of 1700 ° C in air, and before the measurement of irradiated with ultraviolet radiation 254 nm, Fig 39 Decay of optically stimulated emission by infrared radiation 980 nm for Lu2O3: Pr (0.1%), Hf (0.2%) synthesized at a temperature of 1700 ° C in air,
Fig. 40 zanik poświaty w temperaturze 160°C dla Lu2O3: Pr(0.1%), Hf(0.2%) zsyntezowanego w temperaturze 1700°C w powietrzu, krzywa doświadczalna może być dobrze opisana równaniem I = I0 * (1 + γ)-η, gdzie γ = 9.74 * 10-8, a n = 2.9, Fig. 41 widmo emisji pod wpływem wzbudzenia promieniowaniem ultrafioletowym o długości fali 254 nm dla Lu2O3: Pr(0.1%), Hf(0.3%) zsyntezowanego w temperaturze 1500°C w próżni, Fig. 42 Krzywą żarzenia zarejestrowaną po naświetleniu promieniowaniem ultrafioletowym 254 nm dla Lu2O3:Pr(0.1%), Hf(0.3%) zsyntezowanego w temperaturze 1500°C w próżni, Fig. 43 optycznie stymulowaną luminescencję zarejestrowaną pod wpływem promieniowania podczerwonego 980 nm dla Lu2O3: Pr(0.1%), Hf(0.3%) zsyntezowanego w temperaturze 1500°C w próżni, a przed pomiarem naświetlonego promieniowaniem rentgenowskim, Fig. 44 zanik optycznie stymulowanej emisji promieniowaniem podczerwonym dla Lu2O3: Pr(0.1%),Hf(0.3%) zsyntezowanego w temperaturze 1500°C w próżni, Fig. 45 krzywą żarzenia zarejestrowaną po naświetleniu promieniowaniem ultrafioletowym o długości fali 254 nm dla Lu2O3: Pr(0.2%), Hf(0.1%) zsyntezowanego w temperaturze 1600°C w powietrzu, Fig. 46 krzywą żarzenia zarejestrowaną po naświetleniu promieniowaniem rentgenowskim dla Lu2O3: Pr(0.2%), Hf(0.1%) zsyntezowanego w temperaturze 1600°C w powietrzu, Fig. 47 widmo emisji pod wpływem wzbudzenia promieniowaniem ultrafioletowym o długości fali 254 nm dla Lu2O3: Pr(0.2%), Hf(0.2%) zsyntezowanego w temperaturze 1200°C w atmosferze H2(25%) + N2, Fig. 48 krzywą żarzenia zarejestrowaną po naświetleniu promieniowaniem ultrafioletowym 254 nm dla Lu2O3: Pr(0.2%), Hf(0.2%) zsyntezowanego w temperaturze 1200°C w atmosferze 25% H2+N2, Fig. 49 widmo emisji pod wpływem wzbudzenia promieniowaniem ultrafioletowym o długości fali 254 nm dla Lu2O3: Pr(0.2%), Hf(0.5%) zsyntezowanego w temperaturze 1000°C w próżni, Fig. 50 krzywą żarzenia zarejestrowaną po naświetleniu promieniowaniem ultrafioletowym 254 nm dla Lu2O3: Pr(0.2%), Hf(0.5%) zsyntezowanego w temperaturze 1000°C w próżni a Fig. 51 krzywą żarzenia zarejestrowaną po 1 godzinie od naświetlania promieniowaniem ultrafioletowym 254 nm dla Lu2O3: Pr(0.2%), Hf(0.5%) zsyntezowanego w temperaturze 1000°C w próżni.Fig. 40 afterglow decay at 160 ° C for Lu2O3: Pr (0.1%), Hf (0.2%) synthesized at 1700 ° C in air, the experimental curve can be well described by the equation I = I 0 * (1 + γ) -η , where γ = 9.74 * 10 -8 , an = 2.9, Fig. 41 emission spectrum under the influence of excitation by ultraviolet radiation with a wavelength of 254 nm for Lu2O3: Pr (0.1%), Hf (0.3%) synthesized at 1500 ° C in vacuum, Fig. 42 The glow curve recorded after exposure to ultraviolet radiation of 254 nm for Lu2O3: Pr (0.1%), Hf (0.3%) synthesized at 1500 ° C in a vacuum, Fig. 43 optically stimulated luminescence recorded under the influence of infrared radiation 980 nm for Lu2O3: Pr (0.1%), Hf (0.3%) synthesized at 1500 ° C in a vacuum, and before the measurement of irradiated X-ray radiation, Fig. 44 disappearance of optically stimulated infrared emission for Lu2O3: Pr (0.1%), Hf (0.3%) synthesized at 1500 ° C in vacuum, Fig. 45 glow curve a, recorded after exposure to ultraviolet radiation with a wavelength of 254 nm for Lu2O3: Pr (0.2%), Hf (0.1%) synthesized at a temperature of 1600 ° C in the air, Fig. 46 glow curve recorded after exposure to X-ray radiation for Lu2O3: Pr (0.2 %), Hf (0.1%) synthesized at a temperature of 1600 ° C in the air, Fig. 47 emission spectrum under the influence of excitation with ultraviolet radiation with a wavelength of 254 nm for Lu2O3: Pr (0.2%), Hf (0.2%) synthesized at a temperature of 1200 ° C in H2 (25%) + N2 atmosphere, Fig. 48 glow curve recorded after exposure to ultraviolet radiation of 254 nm for Lu2O3: Pr (0.2%), Hf (0.2%) synthesized at a temperature of 1200 ° C in an atmosphere of 25% H2 + N2, Fig. 49 emission spectrum under the influence of excitation with ultraviolet radiation with a wavelength of 254 nm for Lu2O3: Pr (0.2%), Hf (0.5%) synthesized at 1000 ° C in a vacuum, Fig. 50 glow curve recorded after irradiation with ultraviolet radiation 254 nm for Lu2O3: Pr (0.2%) , Hf (0.5%) synthesized at 1000 ° C in a vacuum and Fig. 51 glow curve recorded 1 hour after exposure to ultraviolet radiation of 254 nm for Lu2O3: Pr (0.2%), Hf (0.5%) synthesized at 1000 ° C in a vacuum.
P r z y k ł a d 1.P r z k ł a d 1.
Pamięć optyczną i rentgenowską według wynalazku stanowi matryca z trójtlenku lutetu Lu2O3 aktywowana domieszką prazeodymu o koncentracji 0.025% liczonej względem atomów lutetu oraz współdomieszką hafnu o koncentracji 0.05% także względem lutetu. Materiał powyższy wytwarza się w następujący sposób: 1.9985 g azotanu lutetu, Lu(NO3)3 * 5H2O, 0.00048 g azotanu prazeodymu, Pr(NO3)3 * 6H2O, 0.00071g chlorku hafnu, HfCl4, 1.3 ml glikolu etylenowego, C2H6O2 i 13 ml kwasu cytrynowego, C6H8O7 zostaje dokładnie wymieszane i ogrzewane. Powstałą żywicę spala się w piecu w temperaturze 600°C przez 5 godzin w powietrzu. Otrzymany proszek może zostać sprasowany w prasie pod zwiększonym ciśnieniem, wtedy produkt końcowy jest spiekiem ceramicznym. Następnie materiał umieszcza się w piecu i wygrzewa w temperaturze około 1700°C w powietrzu. W tej samej atmosferze należy utrzymywać próbkę aż do ostudzenia jej do temperatury nie wyższej niż około 500°C, a najlepiej poniżej około 300°C. Po ostudzeniu można luminofor wyjąć z pieca. Powstały produkt jest kremowym proszkiem lub spiekiem, (jeśli został przed wygrzewaniem sprasowany). Powstałe materiały luminoforowe charakteryzuje emisja jonów Pr3+ w zakresie czerwonym widma z pasmami w zakresie 590-675 nm, jak pokazuje to Figura 1. Ten szeroki zakres pasm emisji powoduje, że luminescencja próbek ma charakterystyczny, czerwony kolor. Emisję można wydajnie wzbudzić promieniowaniem ultrafioletowym (UV) o długości fali z zakresu około 200-330 nm, a także promieniowaniem rentgenowskim. Po wyłączeniu światła wzbudzającego próbka, przez kilka minut emituje jeszcze czerwone światło wykazując efekt tzw. poświaty (ang. afterglow). Emisja ta ma jednak małą intensywność, szybko przestaje być widoczna.The optical and X-ray memory according to the invention is a Lu2O3 lutetium trioxide matrix activated with the admixture of praseodymium with a concentration of 0.025% based on lutetium atoms and a co-admixture of hafnium with a concentration of 0.05% also with respect to lutetium. The above material is prepared as follows: 1.9985 g of lutetium nitrate, Lu (NO3) 3 * 5H2O, 0.00048 g of praseodymium nitrate, Pr (NO3) 3 * 6H2O, 0.00071 g of hafnium chloride, HfCl4, 1.3 ml of ethylene glycol, C2H6O2 and 13 ml citric acid, C6H8O7 is thoroughly mixed and heated. The resulting resin is burned in an oven at 600 ° C for 5 hours in air. The obtained powder can be pressed in a press under increased pressure, then the end product is a sintered ceramic. The material is then placed in an oven and annealed at approximately 1700 ° C in air. Maintain the sample in the same atmosphere until it has cooled down to a temperature of not more than about 500 ° C, preferably less than about 300 ° C. After it has cooled down, the phosphor can be removed from the oven. The resulting product is a cream powder or a sinter (if pressed before annealing). The resulting phosphor materials are characterized by the emission of Pr 3+ ions in the red range of the spectrum with bands in the range 590-675 nm as shown in Figure 1. This wide range of emission bands gives the samples a distinctive red color luminescence. The emission can be efficiently excited by ultraviolet (UV) radiation with a wavelength in the range of about 200-330 nm, as well as by X-rays. After turning off the sample exciting light, it emits red light for a few minutes, showing the effect of the so-called afterglow. This emission, however, is of low intensity, and it quickly ceases to be visible.
PL 217 798 B1PL 217 798 B1
Figura 2 przedstawia widmo emisji zarejestrowane w trakcie naświetlania spieku ceramicznego promieniowaniem rentgenowskim. Tak jak po naświetlaniu promieniowaniem ultrafioletowym materiał charakteryzuje się czerwoną luminescencją.Figure 2 shows the emission spectrum recorded during the irradiation of the sintered ceramic with X-rays. As after exposure to ultraviolet radiation, the material is characterized by red luminescence.
Figura 3 pokazuje, jak, po uprzednim naświetlaniu promieniowaniem ultrafioletowym o długości fali 254 nm, w wyniku wygrzewania próbki od temperatury pokojowej do 500°C emisja charakterystyczna dla jonów Pr3+ pojawia się w konkretnych zakresach temperatur, ale nie niższych niż około 70-80°C, czyli wyraźnie powyżej temperatury pokojowej. Najsilniejsza luminescencja występuje, gdy temperatura materiału osiąga około 200°C.Figure 3 shows how, after prior exposure to ultraviolet radiation with a wavelength of 254 nm, as a result of annealing the sample from room temperature to 500 ° C, the emission characteristic of Pr 3+ ions appears in specific temperature ranges, but not lower than about 70-80 ° C, i.e. clearly above room temperature. The strongest luminescence occurs when the temperature of the material reaches about 200 ° C.
Figura 4 pokazuje krzywą żarzenia dla tego samego materiału zarejestrowaną po naświetlaniu promieniowaniem rentgenowskim. Wynik ten praktycznie nie różni się od rezultatu otrzymanego po naświetlaniu promieniowaniem ultrafioletowym, co wskazuje, że w obydwu przypadkach zachodzą analogiczne procesy magazynowania energii w materiale, oraz że energię tę można uwolnić w formie czerwonej emisji jonów Pr3+ w wyniku stymulacji termicznej. Figura 5a pokazuje optycznie stymulowaną luminescencję (OSL) pod wpływem promieniowania podczerwonego 980 nm, materiału uprzednio naświetlonego promieniowaniem ultrafioletowym. Otrzymane widmo jest tożsame z widmem emisji zarejestrowanej w trakcie naświetlania promieniowaniem ultrafioletowym o długości fali 254 nm prezentowanym na Figurze 1. Wynik ten pokazuje, że materiał naświetlany promieniowaniem ultrafioletowym gromadzi energię, którą można następnie uwolnić w formie fotonów czerwonego światła poprzez stymulację promieniowaniem niskoenergetycznym z zakresu podczerwonego widma elektromagnetycznego. Tak, więc, zarówno promieniowanie podczerwone jak i podwyższona temperatura mogą być użyte jako czynniki pozwalające uwolnić zgromadzoną w materiale energię w postaci czerwonego promieniowania jonów Pr3+. Energii tej jest na tyle dużo, że pozwala na emisję przez około 20 sekund, co pokazuje zanik OSL na Figurze 5b.Figure 4 shows the glow curve for the same material recorded after irradiation with X-rays. This result practically does not differ from the result obtained after exposure to ultraviolet radiation, which indicates that in both cases analogous processes of energy storage in the material take place, and that this energy can be released in the form of red emission of Pr 3+ ions as a result of thermal stimulation. Figure 5a shows optically stimulated luminescence (OSL) under 980 nm infrared radiation, a material previously exposed to ultraviolet radiation. The obtained spectrum is identical to the emission spectrum recorded during exposure to ultraviolet radiation with a wavelength of 254 nm presented in Figure 1. This result shows that the material irradiated with ultraviolet radiation accumulates energy, which can then be released in the form of red light photons by stimulation with low-energy radiation in the range of infrared electromagnetic spectrum. Thus, both infrared radiation and elevated temperature can be used as factors allowing the release of the energy stored in the material in the form of red radiation of Pr 3+ ions. There is enough of this energy to emit for about 20 seconds, as shown by the decay of OSL in Figure 5b.
P r z y k ł a d 2.P r z k ł a d 2.
Pamięć optyczną i rentgenowską według wynalazku stanowi matryca z trójtlenku lutetu Lu2O3 aktywowana domieszką prazeodymu o koncentracji 0.025% liczonej względem atomów lutetu oraz współdomieszką hafnu o koncentracji 0.1% także względem lutetu. Materiał powyższy wytwarza się w następujący sposób: 1.9975 g azotanu lutetu, Lu(NO3)3 * 5H2O, 0.00048 g azotanu prazeodymu, Pr(NO3)3 * 6H2O, 0.00142g chlorku hafnu, HfCl4, 1.3 ml glikolu etylenowego, C2H6O2 i 13 ml kwasu cytrynowego, C6H8O7 zostaje dokładnie wymieszane i ogrzewane. Powstałą żywicę spala się w piecu w temperaturze 600°C przez 5 godzin w powietrzu. Otrzymany proszek może zostać sprasowany w prasie pod zwiększonym ciśnieniem, wtedy produkt końcowy jest spiekiem ceramicznym. Następnie materiał umieszcza się w piecu i wygrzewa w temperaturze około 1700°C w atmosferze redukującej, najlepiej mieszaniny azotu i wodoru w stosunku objętościowym 3:1. W tej samej atmosferze należy utrzymywać próbkę aż do ostudzenia jej do temperatury nie wyższej niż około 500°C, a najlepiej poniżej około 300°C. Po ostudzeniu można luminofor wyjąć z pieca na powietrze. Powstały produkt jest białym proszkiem lub spiekiem, (jeśli został przed wygrzewaniem sprasowany).The optical and X-ray memory according to the invention is a Lu2O3 lutetium trioxide matrix activated with the admixture of praseodymium with a concentration of 0.025% based on lutetium atoms and a co-admixture of hafnium with a concentration of 0.1% also with respect to lutetium. The above material is prepared as follows: 1.9975 g of lutetium nitrate, Lu (NO3) 3 * 5H2O, 0.00048 g of praseodymium nitrate, Pr (NO3) 3 * 6H2O, 0.00142 g of hafnium chloride, HfCl4, 1.3 ml of ethylene glycol, C2H6O2 and 13 ml citric acid, C6H8O7 is thoroughly mixed and heated. The resulting resin is burned in an oven at 600 ° C for 5 hours in air. The obtained powder can be pressed in a press under increased pressure, then the end product is a sintered ceramic. The material is then placed in an oven and annealed at a temperature of about 1700 ° C in a reducing atmosphere, preferably a mixture of nitrogen and hydrogen in a 3: 1 volume ratio. Maintain the sample in the same atmosphere until it has cooled down to a temperature of not more than about 500 ° C, preferably less than about 300 ° C. After it has cooled down, the phosphor can be removed from the air oven. The resulting product is a white powder or a sinter (if pressed before annealing).
Figura 6 przedstawia krzywą żarzenia dla materiału, który wcześniej został naświetlony promieniowaniem ultrafioletowym o długości fali 254 nm. Obserwujemy trzy silne emisje, gdy materiał osiąga 100°C, 200°C i 270°C, przy czym najsilniejsza luminescencja występuje, gdy temperatura materiału osiąga 270°C.Figure 6 shows a glow curve for a material that was previously exposed to ultraviolet radiation with a wavelength of 254 nm. We observe three strong emissions as the material reaches 100 ° C, 200 ° C and 270 ° C, with the strongest luminescence occurring when the material temperature reaches 270 ° C.
Figura 7 pokazuje krzywe żarzenia zarejestrowane dla Lu2O3: Pr(0.025%), Hf(0.1%) zsyntezowanego w temperaturze 1700°C w atmosferze mieszaniny 25% H2+N2 po uprzednim naświetleniu promieniowaniem ultrafioletowym o długości fali 254 nm i dodatkowo po naświetleniu promieniowaniem podczerwonym o długości fali 980 nm, 780 nm oraz po odczekaniu 6 godzin od naświetlania promieniowaniem UV o długości fali 254 nm. Okazuje się, że po 6 godzinach od naświetlania została opróżniona pułapka zlokalizowana przy około 100°C, niewiele mniejszą intensywność ma sygnał przy około 200°C w stosunku do krzywej zmierzonej zaraz po naświetlaniu, natomiast sygnał przy około 270°C pozostaje bez zmian zarówno po odczekaniu 6 godzin od naświetlania jak i zaraz po naświetlaniu. Opróżnienie energii z pułapek przy 100°C i 200°C następuje po naświetlaniu promieniowaniem podczerwonym o długości fali 980 nm. Z kolei po naświetlaniu promieniowaniem o długości fali 780 nm udaje się całkowicie uwolnić energię z pułapek zlokalizowanych przy 100°C i 200°C a także w dużej mierze przy 270°C.Figure 7 shows the glow curves recorded for Lu2O3: Pr (0.025%), Hf (0.1%) synthesized at a temperature of 1700 ° C in an atmosphere of a 25% H2 + N2 mixture after prior exposure to ultraviolet radiation with a wavelength of 254 nm and additionally after exposure to infrared radiation with a wavelength of 980 nm, 780 nm and after 6 hours of exposure to UV radiation with a wavelength of 254 nm. It turns out that 6 hours after irradiation, the trap located at about 100 ° C was emptied, the signal at about 200 ° C has a slightly lower intensity compared to the curve measured immediately after irradiation, while the signal at about 270 ° C remains unchanged both after waiting 6 hours after exposure as well as immediately after exposure. Energy evacuation from the traps at 100 ° C and 200 ° C occurs after irradiation with infrared radiation with a wavelength of 980 nm. On the other hand, after irradiation with radiation with a wavelength of 780 nm, it is possible to completely release energy from traps located at 100 ° C and 200 ° C, and also largely at 270 ° C.
Figura 8 pokazuje krzywą żarzenia dla materiału po jego uprzednim napromieniowaniu promieniami Roentgena. Wykres termoluminescencji wygląda bardzo podobnie do wykresu zarejestrowanego dla materiału naświetlanego promieniowaniem ultrafioletowym, jak pokazuje Figura 6, jednakFigure 8 shows the glow curve for a material after it has been previously irradiated with x-rays. The thermoluminescence plot looks very similar to that recorded for an ultraviolet irradiated material as shown in Figure 6, however
PL 217 798 B1 intensywność jest znacznie wyższa po naświetlaniu promieniowaniem rentgenowskim. Praktycznie nie obserwuje się emisji poniżej temperatury 70°C, co wskazuje, że w temperaturze pokojowej materiał w sposób trwały przechowuje zgromadzoną energię. Z kolei porównując Figurę 8 z Figurą 4, które różnią się koncentracją hafnu (0.1 i 0.05) i atmosferą (25% H2 + N2 i powietrze) widzimy, że 0.1% Hf i atmosfera redukująca powodują znaczny wzrost intensywności emisji w temperaturze 270°C.The intensity is much higher after irradiation with X-rays. There is practically no emission below 70 ° C, which indicates that the material permanently stores its stored energy at room temperature. In turn, comparing Figure 8 with Figure 4, which differ in hafnium concentration (0.1 and 0.05) and atmosphere (25% H2 + N2 and air), we see that 0.1% Hf and reducing atmosphere cause a significant increase in emission intensity at 270 ° C.
Figura 9 przedstawia temperaturową zależność luminescencji zarejestrowaną po naświetlaniu promieniowaniem rentgenowskim. Na wykresie wyraźnie obserwujemy, jak z temperaturą zmienia się widmo emisji, a szczególnie relacje intensywności między pasmami zlokalizowanymi przy 620 nm i 631 nm. W temperaturze około 270°C stosunek intensywności tych pasm wynosi 1:1, natomiast, gdy materiał osiąga około 200°C pasmo przy 620 nm jest wyraźnie niższe. W celu szczegółowego przedstawienia wpływu temperatury, jaką osiąga dany spiek ceramiczny na luminescencję wyselekcjonowano widma emisji w danych temperaturach, co przedstawia Figura 10. Wraz ze wzrostem temperatury, jaką osiąga materiał zmniejsza się stosunek intensywności między pasmami 595 nm i 631 nm, a także 620 nm i 631 nm. Z kolei relacje intensywności między pasmami 631 nm, 650 nm i 663 nm nie zmieniają się ze zmianą temperatury materiału.Figure 9 shows the temperature dependence of the luminescence recorded after irradiation with X-rays. The graph clearly shows how the emission spectrum changes with temperature, especially the intensity relations between the bands located at 620 nm and 631 nm. At a temperature of about 270 ° C, the intensity ratio of these bands is 1: 1, while when the material reaches about 200 ° C, the band at 620 nm is clearly lower. In order to present in detail the influence of the temperature achieved by a given ceramic sinter on the luminescence, emission spectra at given temperatures were selected, as shown in Figure 10. As the temperature increases, the intensity ratio between the 595 nm and 631 nm bands, as well as 620 nm, decreases. and 631 nm. In turn, the intensity relations between the bands 631 nm, 650 nm and 663 nm do not change with the change of the material temperature.
Figura 11 pokazuje widmo optycznie stymulowanej luminescencji pod działaniem promieniowania podczerwonego 980 nm. Zarejestrowane widmo emisji jest praktycznie identyczne z widmem emisji wzbudzanej promieniowaniem rentgenowskim (prezentowanym na Figurze 2), co wskazuje, że promieniowanie podczerwone potrafi uwolnić zgromadzoną w materiale - w trakcie naświetlania promieniami Roentgena - energię, która migruje do jonów Pr3+, wzbudza je, a te wracają do stanu podstawowego emitując fotony światła czerwonego. Zgromadzonej w materiale energii jest na tyle dużo, że pozwala ona na około dwudziestosekundowe świecenie w warunkach przeprowadzania eksperymentu.Figure 11 shows the spectrum of optically stimulated luminescence under the action of 980 nm infrared radiation. The recorded emission spectrum is practically identical to the emission spectrum induced by X-ray radiation (presented in Figure 2), which indicates that infrared radiation can release the energy accumulated in the material - during X-ray irradiation - which migrates to Pr 3+ ions, excites them, and these return to the ground state by emitting photons of red light. There is so much energy accumulated in the material that it allows for about twenty seconds of light under the conditions of the experiment.
Figura 12 pokazuje jak intensywność czerwonej emisji jonów Pr3+ spada w czasie, gdy temperatura materiału utrzymywana jest na stałym poziomie 160°C. Gdy zależność przedstawiona jest w skalach logarytmicznych, ma ona charakter bliski liniowemu. Dokładniej, zależność log(I) od log(t) można opisać równaniem I = I0* (1 + yt)-n, w którym parametry γ oraz n wynoszą odpowiednio 2.74 * 10-6 oraz 2.3.Figure 12 shows how the intensity of the red Pr 3+ ion emission decreases while the material temperature is kept constant at 160 ° C. When the relationship is presented in logarithmic scales, it is close to linear. More specifically, the dependence of log (I) on log (t) can be described by the equation I = I 0 * (1 + yt) -n , in which the parameters γ and n are 2.74 * 10 -6 and 2.3, respectively.
P r z y k ł a d 3.P r z k ł a d 3.
Pamięć optyczną i rentgenowską według wynalazku stanowi matryca z trójtlenku lutetu Lu2O3 aktywowana domieszką prazeodymu o koncentracji 0.05% liczonej względem atomów lutetu oraz współdomieszką hafnu o koncentracji 0.1% także względem lutetu. Materiał powyższy wytwarza się w następujący sposób: 1.997 g azotanu lutetu, Lu(NO3)3 * 5H2O, 0.00096 g azotanu prazeodymu, Pr(NO3)3 * 6H2O, 0.00142 g chlorku hafnu, HfCl4, 1.3 ml glikolu etylenowego, C2H6O2 i 13 ml kwasu cytrynowego, C6H8O7 zostaje dokładnie wymieszane i ogrzewane. Powstałą żywicę spala się w piecu w temperaturze 600°C przez 5 godzin w powietrzu. Otrzymany proszek może zostać sprasowany w prasie pod zwiększonym ciśnieniem, wtedy produkt końcowy jest spiekiem ceramicznym. Następnie materiał umieszcza się w piecu i wygrzewa w temperaturze około 1700°C w atmosferze redukującej, najlepiej mieszaniny azotu i wodoru w stosunku objętościowym 3:1. W tej samej atmosferze należy utrzymywać próbkę aż do ostudzenia jej do temperatury nie wyższej niż około 500°C, a najlepiej poniżej około 300°C. Po ostudzeniu można luminofor wyjąć z pieca na powietrze. Powstały produkt jest białym proszkiem lub spiekiem, (jeśli został przed wygrzewaniem sprasowany).The optical and X-ray memory according to the invention is a Lu2O3 lutetium trioxide matrix activated with the admixture of praseodymium with a concentration of 0.05% based on lutetium atoms and a co-admixture of hafnium with a concentration of 0.1% also with respect to lutetium. The above material is prepared as follows: 1.997 g of lutetium nitrate, Lu (NO3) 3 * 5H2O, 0.00096 g of praseodymium nitrate, Pr (NO3) 3 * 6H2O, 0.00142 g of hafnium chloride, HfCl4, 1.3 ml of ethylene glycol, C2H6O2 and 13 ml citric acid, C6H8O7 is thoroughly mixed and heated. The resulting resin is burned in an oven at 600 ° C for 5 hours in air. The obtained powder can be pressed in a press under increased pressure, then the end product is a sintered ceramic. The material is then placed in an oven and annealed at a temperature of about 1700 ° C in a reducing atmosphere, preferably a mixture of nitrogen and hydrogen in a 3: 1 volume ratio. Maintain the sample in the same atmosphere until it has cooled down to a temperature of not more than about 500 ° C, preferably less than about 300 ° C. After it has cooled down, the phosphor can be removed from the air oven. The resulting product is a white powder or a sinter (if pressed before annealing).
Figura 13 pokazuje krzywą żarzenia dla tego materiału po uprzednim naświetleniu promieniowaniem ultrafioletowym. Maksimum intensywności obserwuje się, kiedy materiał osiąga temperaturę około 210°C. W temperaturze pokojowej sygnał jest zerowy, co wskazuje na brak migracji energii z pułapek energetycznych, w których się gromadzi, do jonów Pr3+. Odnosząc intensywność termoluminescencji do masy badanego spieku ceramicznego i porównując z wszystkimi przedstawionymi w opisie przykładami, dla przykładu 3 rejestrujemy najbardziej intensywną krzywą żarzenia (Figura 13). Figura 14 pokazuje temperaturową zależność luminescencji materiału w trakcie wygrzewania. Emisja ma charakterystykę spektralną taką samą jak radioluminescencja i emisja pod wpływem promieniowania UV. Luminescencja zaczyna się pojawiać, kiedy materiał osiąga około 100°C. Figura 15 przedstawia krzywą żarzenia zarejestrowaną po naświetlaniu promieniowaniem rentgenowskim. Wykres termoluminescencji jest taki sam jak na Figurze 13, kiedy materiał był naświetlany promieniowaniem ultrafioletowym. W temperaturze pokojowej nie obserwujemy żadnej emisji, natomiast najintensywniejsza emisja występuje, gdy materiał osiąga ok. 200°C. Należy zaznaczyć, że przebieg krzywej termoluminescencji dla związków zawierających 0.05% Pr różni się od krzywej dla związków zawierających 0.025% Pr (oba materiały wygrzewane w atmosferze redukującej). Dla wyższych koncentracji PrFigure 13 shows the glow curve for this material after prior exposure to ultraviolet radiation. The maximum intensity is observed when the material reaches a temperature of about 210 ° C. At room temperature, the signal is zero, which indicates no energy migration from the energy traps, in which it accumulates, to Pr 3+ ions. By relating the intensity of the thermoluminescence to the mass of the tested sintered ceramic and comparing it with all the examples presented in the description, for example 3 we record the most intense glow curve (Figure 13). Figure 14 shows the temperature dependence of the material luminescence during annealing. The emission has the same spectral characteristics as radioluminescence and UV emission. Luminescence starts appearing when the material reaches about 100 ° C. Figure 15 shows the glow curve recorded after irradiation with X-rays. The thermoluminescence trace is the same as in Figure 13 when the material was irradiated with ultraviolet radiation. At room temperature, we do not observe any emission, but the most intense emission occurs when the material reaches approx. 200 ° C. It should be noted that the course of the thermoluminescence curve for compounds containing 0.05% Pr differs from the curve for compounds containing 0.025% Pr (both materials annealed in a reducing atmosphere). For higher concentrations of Pr
PL 217 798 B1 obserwujemy największą populację pułapek energetycznych, gdy temperatura materiału osiąga okołoWe observe the largest population of energy traps when the temperature of the material reaches approx
200°C, natomiast dla materiałów z niższą koncentracją Pr przy 270°C.200 ° C, while for materials with a lower concentration of Pr at 270 ° C.
Figura 16 przedstawia widmo optycznie stymulowanej luminescencji pod wpływem promieniowania podczerwonego 980 nm dla spieku ceramicznego uprzednio naświetlonego promieniowaniem rentgenowskim. Zarejestrowane widmo emisji jest identyczne jak widmo emisji otrzymywane podczas pomiaru termoluminescencji. Zgromadzonej w materiale energii jest na tyle dużo, że pozwala ona na około dwudziestosekundowe świecenie w warunkach przeprowadzania eksperymentu. Figura 17 pokazuje zanikanie czerwonej emisji jonów Pr3+, gdy materiał osiąga różne temperatury (160°C, 185°C i 200°C). Okazuje się, że w zależności od tego, jaką badany związek osiąga temperaturę zmienia się wartość wykładnika n, który mówi o kinetyce termoluminescencji, w temperaturach 160°C, 185°C, 200°C n wynosi odpowiednio 2.8, 5.7, 8.3, a współczynnik γ wynosi 9.11 * 10-8, 4.91 * 10-12 i 1.14 * 10-15. Wartości obydwu wielkości wyznaczono na podstawie matematycznego równania I = I0 * (1 + γt)-n.Figure 16 shows the spectrum of optically stimulated luminescence under 980 nm infrared radiation for a sintered ceramic previously irradiated with X-rays. The recorded emission spectrum is identical to the emission spectrum obtained during the thermoluminescence measurement. There is so much energy accumulated in the material that it allows for about twenty seconds of light under the conditions of the experiment. Figure 17 shows the disappearance of the red emission of Pr 3+ ions as the material reaches different temperatures (160 ° C, 185 ° C and 200 ° C). It turns out that depending on the temperature of the test compound, the value of the exponent n, which speaks about the kinetics of thermoluminescence, changes, at temperatures of 160 ° C, 185 ° C, 200 ° C, n is 2.8, 5.7, 8.3, respectively, and the coefficient γ is 9.11 * 10 -8 , 4.91 * 10 -12, and 1.14 * 10 -15 . The values of both values were determined on the basis of the mathematical equation I = I 0 * (1 + γt) -n .
P r z y k ł a d 4.P r z k ł a d 4.
Pamięć optyczną i rentgenowską według wynalazku stanowi matryca z trójtlenku lutetu Lu2O3 aktywowana domieszką prazeodymu o koncentracji 0.05% liczonej względem atomów lutetu oraz współdomieszką hafnu o koncentracji 0.2% również względem lutetu. Materiał powyższy wytwarza się w następujący sposób: 1.995 g azotanu lutetu, Lu(NO3)3 * 5H2O, 0.00096 g azotanu prazeodymu, Pr(NO3)3 * 6H2O, 0.00284 g chlorku hafnu, HfCl4, 1.3 ml glikolu etylenowego, C2H6O2 i 13 ml kwasu cytrynowego, C6H8O7 zostaje dokładnie wymieszane i ogrzewane. Powstałą żywicę spala się w piecu w temperaturze 600°C przez 5 godzin w powietrzu. Otrzymany proszek może zostać sprasowany w prasie pod zwiększonym ciśnieniem, wtedy produkt końcowy jest spiekiem ceramicznym. Następnie materiał umieszcza się w piecu i wygrzewa w temperaturze około 1500°C w powietrzu. W tej samej atmosferze należy utrzymywać próbkę aż do ostudzenia jej do temperatury nie wyższej niż około 500°C, a najlepiej poniżej około 300°C. Po ostudzeniu można luminofor wyjąć z pieca. Powstały produkt jest kremowym proszkiem lub spiekiem, (jeśli został przed wygrzewaniem sprasowany). Figura 18 przedstawia widmo radioluminescencji, które kształtem jest takie samo jak widmo optycznie stymulowanej luminescencji po naświetlaniu promieniowaniem rentgenowskim dla materiału zawierającego mniejszą ilość (0.1%) hafnu (patrz Figura 16). Oznacza to, iż w tym przypadku nie obserwujemy wpływu koncentracji hafnu na kształt widma emisji.The optical and X-ray memory according to the invention is a Lu2O3 lutetium trioxide matrix activated with the admixture of praseodymium with a concentration of 0.05% based on lutetium atoms and a co-admixture of hafnium with a concentration of 0.2% also with respect to lutetium. The above material is prepared as follows: 1.995 g of lutetium nitrate, Lu (NO3) 3 * 5H2O, 0.00096 g of praseodymium nitrate, Pr (NO3) 3 * 6H2O, 0.00284 g of hafnium chloride, HfCl4, 1.3 ml of ethylene glycol, C2H6O2 and 13 ml citric acid, C6H8O7 is thoroughly mixed and heated. The resulting resin is burned in an oven at 600 ° C for 5 hours in air. The obtained powder can be pressed in a press under increased pressure, then the end product is a sintered ceramic. The material is then placed in an oven and annealed at approximately 1500 ° C in air. Maintain the sample in the same atmosphere until it has cooled down to a temperature of not more than about 500 ° C, preferably less than about 300 ° C. After it has cooled down, the phosphor can be removed from the oven. The resulting product is a cream powder or a sinter (if pressed before annealing). Figure 18 shows a radioluminescence spectrum which shape is the same as the optically stimulated luminescence spectrum after exposure to X-rays for material containing a lower amount (0.1%) of hafnium (see Figure 16). This means that in this case we do not observe the influence of hafnium concentration on the shape of the emission spectrum.
Figura 19 pokazuje zależność stymulowanej termicznie luminescencji materiału w zakresie temperatur od pokojowej do 500°C. Emisja pojawia się powyżej temperatury 80°C. W porównaniu z wyżej wymienionymi przykładami obserwujemy znacznie niższą intensywność luminescencji w trakcie wygrzewania. Maksimum termoluminescencji materiał osiąga przy temperaturze około 210°C. Z kolei Figura 20 przedstawia krzywą żarzenia dla materiału, który wcześniej został naświetlony promieniowaniem rentgenowskim. Nie rejestrujemy emisji w temperaturze pokojowej, ale dopiero powyżej temperatury 90°C Najsilniejszą emisję obserwujemy, gdy materiał osiąga około 200°C. Na krzywej żarzenia obserwujemy dodatkowe pasmo przy temperaturze 150°C. Spiek ceramiczny wygrzany w temperaturze 1500°C ma znacznie niższą intensywność krzywej żarzenia niż materiał zsyntezowany w wyższych temperaturach. Figura 21 pokazuje optycznie stymulowaną luminescencję pod wpływem podczerwonego promieniowania 980 nm materiału uprzednio naświetlonego promieniowaniem ultrafioletowym. Intensywność Optycznie stymulowanej luminescencji jest znacznie niższa w porównaniu z materiałami wygrzewanymi w wyższych temperaturach (Figura 16). Jednakże, materiał naświetlany promieniowaniem ultrafioletowym gromadzi energię, którą można następnie uwolnić w formie fotonów czerwonego światła poprzez stymulację promieniowaniem niskoenergetycznym z zakresu podczerwonego widma elektromagnetycznego, a emisja ta trwa przez około 15 sekund.Figure 19 shows the dependence of the thermally stimulated luminescence of the material in the temperature range from room to 500 ° C. Emission occurs above a temperature of 80 ° C. Compared to the above-mentioned examples, we observe a much lower intensity of luminescence during annealing. The material reaches its maximum thermoluminescence at a temperature of about 210 ° C. In turn, Figure 20 shows a glow curve for a material that has previously been exposed to x-rays. We do not register emissions at room temperature, but only above 90 ° C. The strongest emission is observed when the material reaches about 200 ° C. In the glow curve, we observe an additional band at a temperature of 150 ° C. The ceramic sintered at 1500 ° C has a much lower intensity of the glow curve than the material synthesized at higher temperatures. Figure 21 shows optically stimulated luminescence under the influence of 980 nm infrared radiation of a material previously exposed to ultraviolet radiation. The intensity of the optically stimulated luminescence is much lower compared to the materials annealed at higher temperatures (Figure 16). However, the material irradiated with ultraviolet radiation accumulates energy that can then be released in the form of red light photons by stimulation with low energy radiation in the infrared electromagnetic spectrum, and this emission lasts for about 15 seconds.
P r z y k ł a d 5.P r z k ł a d 5.
Pamięć optyczną i rentgenowską według wynalazku stanowi matryca z trójtlenku lutetu Lu2O3 aktywowana domieszką prazeodymu o koncentracji 0.05% liczonej względem atomów lutetu oraz współdomieszką hafnu o koncentracji 0.2% również względem lutetu. Materiał powyższy wytwarza się w następujący sposób: 1.995 g azotanu lutetu, Lu(NO3)3 * 5H2O, 0.00096 g azotanu prazeodymu, Pr(NO3)3 * 6H2O, 0.00284 g chlorku hafnu, HfCl4, 1.3 ml glikolu etylenowego, C2H6O2 i 13 ml kwasu cytrynowego, C6H8O7 zostaje dokładnie wymieszane i ogrzewane. Powstałą żywicę spala się w piecu w temperaturze 600°C przez 5 godzin w powietrzu. Otrzymany proszek może zostać sprasowany w prasie pod zwiększonym ciśnieniem, wtedy produkt końcowy jest spiekiem ceramicznym. Następnie materiał umieszcza się w piecu i wygrzewa w temperaturze około 1500°C w próżni. W tej samej atmosferze należy utrzymywać próbkę aż do ostudzenia jej do temperatury nie wyższej niżThe optical and X-ray memory according to the invention is a Lu2O3 lutetium trioxide matrix activated with the admixture of praseodymium with a concentration of 0.05% based on lutetium atoms and a co-admixture of hafnium with a concentration of 0.2% also with respect to lutetium. The above material is prepared as follows: 1.995 g of lutetium nitrate, Lu (NO3) 3 * 5H2O, 0.00096 g of praseodymium nitrate, Pr (NO3) 3 * 6H2O, 0.00284 g of hafnium chloride, HfCl4, 1.3 ml of ethylene glycol, C2H6O2 and 13 ml citric acid, C6H8O7 is thoroughly mixed and heated. The resulting resin is burned in an oven at 600 ° C for 5 hours in air. The obtained powder can be pressed in a press under increased pressure, then the end product is a sintered ceramic. The material is then placed in an oven and annealed at about 1500 ° C under vacuum. Maintain the sample in the same atmosphere until it has cooled down to a temperature of not more than
PL 217 798 B1 około 500°C, a najlepiej poniżej około 300°C. Po ostudzeniu można luminofor wyjąć z pieca. Powstały produkt jest białym proszkiem lub spiekiem, (jeśli został przed wygrzewaniem sprasowany).It is about 500 ° C, and preferably less than about 300 ° C. After it has cooled down, the phosphor can be removed from the oven. The resulting product is a white powder or a sinter (if pressed before annealing).
Figura 22 przedstawia widmo emisji zarejestrowane podczas naświetlania promieniowaniem rentgenowskim. Porównując Figury 22 z 18, które różnią się tylko atmosferą wygrzewania (próżnia, powietrze), nie zauważamy praktycznie żadnych zmian co do kształtu jak i intensywności emisji. Figura 23 pokazuje krzywą żarzenia dla spieku ceramicznego, który wcześniej został naświetlony promieniowaniem ultrafioletowym o długości fali 254 nm. Obserwujemy trzy emisje, gdy materiał osiąga 100°C, 200°C i 270°C, przy czym najsilniejsza luminescencja występuje, gdy temperatura materiału osiąga 200°C. W porównaniu ze spiekami wygrzanymi w wyższych temperaturach (1700°C) intensywność jest znacznie niższa, z kolei porównując ze spiekiem otrzymanym w tej samej temperaturze (1500°C), ale w powietrzu, obserwujemy wzrost intensywności TL po wygrzewaniu w próżni. Natomiast po naświetlaniu promieniowaniem rentgenowskim (Figura 24) intensywność krzywej żarzenia wzrosła prawie trzykrotnie w porównaniu z wykresem TL po naświetlaniu promieniowaniem ultrafioletowym. Kształt krzywej żarzenia dla opisywanego w tym przykładzie spieku ceramicznego jest bardzo podobny do krzywej żarzenia zarejestrowanej dla spieku ceramicznego otrzymanego w próżni (Figura 20).Figure 22 shows an emission spectrum recorded during an exposure to X-rays. Comparing Figures 22 with 18, which differ only in the annealing atmosphere (vacuum, air), we see practically no changes in the shape and intensity of the emission. Figure 23 shows an glow curve for a sintered ceramic which was previously exposed to ultraviolet radiation with a wavelength of 254 nm. We observe three emissions as the material reaches 100 ° C, 200 ° C and 270 ° C, with the strongest luminescence occurring when the material temperature reaches 200 ° C. Compared to sinters heated at higher temperatures (1700 ° C), the intensity is much lower, while comparing with the sinters obtained at the same temperature (1500 ° C) but in air, we observe an increase in TL intensity after heating in a vacuum. On the other hand, after exposure to X-ray radiation (Figure 24), the intensity of the glow curve increased almost threefold in comparison with the TL trace after exposure to ultraviolet radiation. The shape of the glow curve for the ceramic sinter described in this example is very similar to the glow curve recorded for a ceramic sinter obtained in a vacuum (Figure 20).
Figura 25 przedstawia widmo optycznie stymulowanej luminescencji zarejestrowanej pod wpływem promieniowania podczerwonego 980 nm. Dla materiałów otrzymanych zarówno w powietrzu (Figura 21) jak i próżni (Figura 22) widma optycznie stymulowanej emisji są bardzo podobne.Figure 25 shows the spectrum of optically stimulated luminescence recorded by infrared radiation of 980 nm. For materials obtained in both air (Figure 21) and vacuum (Figure 22), the spectra of optically stimulated emission are very similar.
P r z y k ł a d 6.P r z k ł a d 6.
Pamięć optyczną i rentgenowską według wynalazku stanowi matryca z trójtlenku lutetu Lu2O3 aktywowana domieszką prazeodymu o koncentracji 0.05% liczonej względem atomów lutetu oraz współdomieszką hafnu o koncentracji 0.3% także względem lutetu. Materiał powyższy wytwarza się w następujący sposób: 1.993 g azotanu lutetu, Lu(NO3)3 * 5H2O, 0.00096 g azotanu prazeodymu, Pr(NO3)3 * 6H2O, 0.00426 g chlorku hafnu, HfCl4, 1.3 ml glikolu etylenowego, C2H6O2 i 13 ml kwasu cytrynowego, C6H8O7 zostaje dokładnie wymieszane i ogrzewane. Powstałą żywicę spala się w piecu w temperaturze 600°C przez 5 godzin w powietrzu. Otrzymany proszek może zostać sprasowany w prasie pod zwiększonym ciśnieniem, wtedy produkt końcowy jest spiekiem ceramicznym. Następnie materiał umieszcza się w piecu i wygrzewa w temperaturze około 1700°C w próżni. W tej samej atmosferze należy utrzymywać próbkę aż do ostudzenia jej do temperatury nie wyższej niż około 500°C, a najlepiej poniżej około 300°C. Po ostudzeniu można luminofor wyjąć z pieca na powietrze. Powstały produkt jest białym proszkiem lub spiekiem, (jeśli został przed wygrzewaniem sprasowany). Figura 26 przedstawia widmo radioluminescencji, które kształtem jest takie samo jak widmo optycznie stymulowanej luminescencji po naświetlaniu promieniowaniem rentgenowskim (patrz Figura 29). Zarejestrowano szereg pasm w zakresie od 590 do 700 nm. Figura 27 przedstawia krzywą żarzenia dla materiału, który wcześniej został naświetlony promieniowaniem ultrafioletowym o długości fali 254 nm. Obserwujemy najintensywniejsze emisje, gdy materiał osiąga 100°C, 200°C i 280°C, przy czym najsilniejsza luminescencja występuje, gdy temperatura materiału osiąga 200°C. Figura 28 pokazuje krzywą żarzenia dla materiału po jego uprzednim napromieniowaniu promieniami Roentgena. Wykres termoluminescencji wygląda bardzo podobnie do wykresu zarejestrowanego dla materiału naświetlanego promieniowaniem ultrafioletowym, jednak intensywność sygnału przy temperaturze 100°C jest znacznie niższa po naświetlaniu promieniowaniem rentgenowskim. Figura 29 pokazuje widmo optycznie stymulowanej luminescencji pod działaniem promieniowania podczerwonego 980 nm dla materiału naświetlanego uprzednio promieniowaniem rentgenowskim. Zarejestrowane widmo emisji jest praktycznie identyczne z widmem radioluminescencji (prezentowanym na Figurze 26), co wskazuje, że promieniowanie podczerwone potrafi uwolnić zgromadzoną w materiale - w trakcie naświetlania promieniami Roentgena - energię, która migruje do jonów Pr3+, wzbudza je, a te wracają do stanu podstawowego emitując fotony światła czerwonego. Zgromadzonej w materiale energii jest na tyle dużo, że pozwala ona na około dwudziestosekundowe świecenie w warunkach przeprowadzania eksperymentu. Figura 30 pokazuje jak intensywność czerwonej emisji jonów Pr3+ spada w czasie, gdy temperatura materiału utrzymywana jest na stałym poziomie 160°C. Gdy zależność przedstawiona jest w skalach logarytmicznych, ma ona charakter bliski liniowemu. Dokładniej, zależność log(I) od log(t) można opisać równaniem I = I0 * (1 + yt)n, w którym parametry y oraz n wynoszą odpowiednio 1.09 * 10-6 oraz 2.26.The optical and X-ray memory according to the invention is a Lu2O3 lutetium trioxide matrix activated with the admixture of praseodymium with a concentration of 0.05% based on lutetium atoms and a co-admixture of hafnium with a concentration of 0.3% also with respect to lutetium. The above material is prepared as follows: 1.993 g of lutetium nitrate, Lu (NO3) 3 * 5H2O, 0.00096 g of praseodymium nitrate, Pr (NO3) 3 * 6H2O, 0.00426 g of hafnium chloride, HfCl4, 1.3 ml of ethylene glycol, C2H6O2 and 13 ml citric acid, C6H8O7 is thoroughly mixed and heated. The resulting resin is burned in an oven at 600 ° C for 5 hours in air. The obtained powder can be pressed in a press under increased pressure, then the end product is a sintered ceramic. The material is then placed in an oven and annealed at approximately 1700 ° C under vacuum. Maintain the sample in the same atmosphere until it has cooled down to a temperature of not more than about 500 ° C, preferably less than about 300 ° C. After it has cooled down, the phosphor can be removed from the air oven. The resulting product is a white powder or a sinter (if pressed before annealing). Figure 26 shows a radioluminescence spectrum which shape is the same as the spectrum of optically stimulated luminescence after irradiation with X-rays (see Figure 29). Several bands ranging from 590 to 700 nm were recorded. Figure 27 shows the glow curve for a material that was previously exposed to ultraviolet radiation with a wavelength of 254 nm. We observe the most intense emissions when the material reaches 100 ° C, 200 ° C and 280 ° C, with the strongest luminescence occurring when the material temperature reaches 200 ° C. Figure 28 shows the glow curve for a material after it has been previously irradiated with x-rays. The thermoluminescence plot looks very similar to that recorded for a material exposed to ultraviolet radiation, but the signal intensity at 100 ° C is much lower after exposure to X-rays. Figure 29 shows the spectrum of optically stimulated luminescence under the action of 980 nm infrared radiation for a material previously irradiated with X-rays. The recorded emission spectrum is practically identical to the radioluminescence spectrum (presented in Figure 26), which indicates that infrared radiation can release the energy accumulated in the material - during X-ray irradiation - which migrates to Pr 3+ ions, excites them, and these come back. to the ground state by emitting photons of red light. There is so much energy accumulated in the material that it allows for about twenty seconds of light under the conditions of the experiment. Figure 30 shows how the intensity of the red Pr 3+ ion emission decreases while the material temperature is kept constant at 160 ° C. When the relationship is presented in logarithmic scales, it is close to linear. More specifically, the dependence of log (I) on log (t) can be described by the equation I = I 0 * (1 + yt) n , where the parameters y and n are 1.09 * 10 -6 and 2.26, respectively.
PL 217 798 B1PL 217 798 B1
P r z y k ł a d 7.P r z k ł a d 7.
Pamięć optyczną i rentgenowską według wynalazku stanowi matryca z trójtlenku lutetu Lu2O3 aktywowana domieszką prazeodymu o koncentracji 0.05% liczonej względem atomów lutetu oraz współdomieszką hafnu o koncentracji 0.5% także względem lutetu. Materiał powyższy wytwarza się w następujący sposób: 1.989 g azotanu lutetu, Lu(NO3)3 * 5H2O, 0.00096 g azotanu prazeodymu, Pr(NO3)3 * 6H2O, 0.00711 g chlorku hafnu, HfCl4, 1.3 ml glikolu etylenowego, C2H6O2 i 13 ml kwasu cytrynowego, C6H8O7 zostaje dokładnie wymieszane i ogrzewane. Powstałą żywicę spala się w piecu w temperaturze 600°C przez 5 godzin w powietrzu. Otrzymany proszek może zostać sprasowany w prasie pod zwiększonym ciśnieniem, wtedy produkt końcowy jest spiekiem ceramicznym. Następnie materiał umieszcza się w piecu i wygrzewa w temperaturze około 1700°C w powietrzu. W tej samej atmosferze należy utrzymywać próbkę aż do ostudzenia jej do temperatury nie wyższej niż około 500°C, a najlepiej poniżej około 300°C. Po ostudzeniu można luminofor wyjąć z pieca na powietrze. Powstały produkt jest białym proszkiem lub spiekiem, (jeśli został przed wygrzewaniem sprasowany). Figura 31 pokazuje widmo radioluminescencji, które kształtem jest takie samo jak widmo przedstawione na Figurze 26 dla związku o niższej koncentracji hafnu i otrzymanego w próżni, jednak ma intensywność prawie dwukrotnie mniejszą. Obserwujemy czerwona emisję prazeodymu w zakresie od 600 do 675 nm, a także pojedyncze, mało intensywne pasmo przy 510 nm.The optical and X-ray memory according to the invention is a Lu2O3 lutetium trioxide matrix activated with the admixture of praseodymium with a concentration of 0.05% based on lutetium atoms and a co-admixture of hafnium with a concentration of 0.5% also with respect to lutetium. The above material is prepared as follows: 1.989 g of lutetium nitrate, Lu (NO3) 3 * 5H2O, 0.00096 g of praseodymium nitrate, Pr (NO3) 3 * 6H2O, 0.00711 g of hafnium chloride, HfCl4, 1.3 ml of ethylene glycol, C2H6O2 and 13 ml citric acid, C6H8O7 is thoroughly mixed and heated. The resulting resin is burned in an oven at 600 ° C for 5 hours in air. The obtained powder can be pressed in a press under increased pressure, then the end product is a sintered ceramic. The material is then placed in an oven and annealed at approximately 1700 ° C in air. Maintain the sample in the same atmosphere until it has cooled down to a temperature of not more than about 500 ° C, preferably less than about 300 ° C. After it has cooled down, the phosphor can be removed from the air oven. The resulting product is a white powder or a sinter (if pressed before annealing). Figure 31 shows a radioluminescence spectrum, which shape is the same as that shown in Figure 26 for a compound with a lower hafnium concentration and obtained in a vacuum, however having an intensity almost twice as low. We observe red emission of praseodymium in the range from 600 to 675 nm, as well as a single, low intensity band at 510 nm.
Figury 32 i 33 przedstawiają krzywe żarzenia dla tego materiału po uprzednim naświetleniu promieniowaniem ultrafioletowym i rentgenowskim, odpowiednio. Maksimum intensywności obserwuje się dla temperatury około 200°C. W temperaturze pokojowej sygnał jest zerowy, co wskazuje na brak migracji energii z pułapek energetycznych, w których się gromadzi do jonów Pr3+. Obserwujemy również, że stosunkowo wysoka (0.5%) koncentracja hafnu powoduje, że emisja, która rozpoczyna się przy ok. 80°C zanika dopiero kiedy materiał osiągnie temperaturę powyżej 200°C. W porównaniu ze związkiem zsyntezowanym w tych samych warunkach, ale o niższej koncentracji hafnu, w analizowanym przykładzie obserwujemy spadek intensywności krzywej żarzenia. Figura 34 przedstawia widmo optycznie stymulowanej luminescencji zarejestrowanej pod wpływem promieniowania podczerwonego 980 nm. Zarejestrowane widmo emisji jest identyczne jak widmo emisji otrzymywane podczas pomiaru termoluminescencji. Zgromadzonej w materiale energii jest na tyle dużo, że pozwala ona na około dwudziestosekundowe świecenie w warunkach przeprowadzania eksperymentu.Figures 32 and 33 show the glow curves for this material after prior exposure to ultraviolet and X-ray radiation, respectively. The maximum intensity is observed at a temperature of about 200 ° C. At room temperature, the signal is zero, which indicates no energy migration from the energy traps in which it accumulates to Pr 3+ ions. We also observe that the relatively high (0.5%) concentration of hafnium causes that the emission, which starts at approx. 80 ° C, disappears only when the material reaches the temperature above 200 ° C. In comparison with the compound synthesized under the same conditions, but with a lower hafnium concentration, in the analyzed example, we observe a decrease in the intensity of the glow curve. Figure 34 shows the spectrum of optically stimulated luminescence recorded by infrared radiation of 980 nm. The recorded emission spectrum is identical to the emission spectrum obtained during the thermoluminescence measurement. There is so much energy accumulated in the material that it allows for about twenty seconds of light under the conditions of the experiment.
P r z y k ł a d 8.P r z k ł a d 8.
Pamięć optyczną i rentgenowską według wynalazku stanowi matryca z trójtlenku lutetu Lu2O3 aktywowana domieszką prazeodymu o koncentracji 0.1% liczonej względem atomów lutetu oraz współdomieszką hafnu o koncentracji 0.2% również względem lutetu. Materiał powyższy wytwarza się w następujący sposób: 1.994 g azotanu lutetu, Lu(NO3)3 * 5H2O, 0.00193 g azotanu prazeodymu, Pr(NO3)3 * 6H2O, 0.00284 g chlorku hafnu, HfCl4, 1.3 ml glikolu etylenowego, C2H6O2 i 13 ml kwasu cytrynowego, C6H8O7 zostaje dokładnie wymieszane i ogrzewane. Powstałą żywicę spala się w piecu w temperaturze 600°C przez 5 godzin w powietrzu. Otrzymany proszek może zostać sprasowany w prasie pod zwiększonym ciśnieniem, wtedy produkt końcowy jest spiekiem ceramicznym. Następnie materiał umieszcza się w piecu i wygrzewa w temperaturze około 1700°C w powietrzu. W tej samej atmosferze należy utrzymywać próbkę aż do ostudzenia jej do temperatury nie wyższej niż około 500°C, a najlepiej poniżej około 300°C. Po ostudzeniu można luminofor wyjąć z pieca. Powstały produkt jest kremowym proszkiem lub spiekiem, (jeśli został przed wygrzewaniem sprasowany).The optical and X-ray memory according to the invention is a Lu2O3 lutetium trioxide matrix activated with the admixture of praseodymium with a concentration of 0.1% calculated in relation to lutetium atoms and a co-admixture of hafnium with a concentration of 0.2% also in relation to lutetium. The above material is prepared as follows: 1.994 g of lutetium nitrate, Lu (NO3) 3 * 5H2O, 0.00193 g of praseodymium nitrate, Pr (NO3) 3 * 6H2O, 0.00284 g of hafnium chloride, HfCl4, 1.3 ml of ethylene glycol, C2H6O2 and 13 ml citric acid, C6H8O7 is thoroughly mixed and heated. The resulting resin is burned in an oven at 600 ° C for 5 hours in air. The obtained powder can be pressed in a press under increased pressure, then the end product is a sintered ceramic. The material is then placed in an oven and annealed at approximately 1700 ° C in air. Maintain the sample in the same atmosphere until it has cooled down to a temperature of not more than about 500 ° C, preferably less than about 300 ° C. After it has cooled down, the phosphor can be removed from the oven. The resulting product is a cream powder or a sinter (if pressed before annealing).
Figura 35 przedstawia widmo emisji zarejestrowane podczas naświetlania promieniowaniem rentgenowskim. Obserwujemy grupę pasm w regionie od 590 nm do 700 nm i jedno mało intensywne pasmo w okolicy 10 nm. Taki zespół pasm odpowiedzialny jest za czerwoną emisję prazeodymu w tlenku lutetu. Intensywność radioluminescencji jest porównywalna z intensywnością dla związku opisanego w przykładzie 5. Figura 36 pokazuje krzywą żarzenia dla spieku ceramicznego, który wcześniej został naświetlony promieniowaniem ultrafioletowym o długości fali 254 nm. Obserwujemy trzy główne emisje, gdy materiał osiąga 100°C, 200°C i 280°C, przy czym najsilniejsza luminescencja występuje, gdy temperatura materiału osiąga 200°C. Kiedy badany materiał osiąga temperaturę 140°C pojawia się dodatkowa mało intensywna emisja. Intensywność krzywej żarzenia zarejestrowanej po naświetlaniu promieniowaniem rentgenowskim dla tego samego materiału spada dwunastokrotnie, co przedstawia Figura 37. Z kolei emisja pojawiająca się w 140°C jest po naświetlaniu promieniowaniem rentgenowskim bardziej widoczna niż po UV. Figura 38 przedstawia widmo optycznie stymulowanej luminescencji zarejestrowanej pod wpływem promieniowania podczerwonego 980 nm dla spieku ceramicznego naświetlanego wcześniej promieniowaniem ultrafioletowym 254 nm. Kształt tej lumiPL 217 798 B1 nescencji jest bardzo podobny do radioluminescencji, pokazanej na Figurze 35, co wskazuje, że promieniowanie podczerwone potrafi uwolnić zgromadzoną w materiale - w trakcie naświetlania promieniami ultrafioletowymi, bądź Roentgena - energię, która migruje do jonów Pr3+, wzbudza je, a te wracają do stanu podstawowego emitując fotony światła czerwonego. Figura 39 pokazuje zanikanie optycznie stymulowanej emisji w czasie naświetlania promieniowaniem 980 nm. Opisywany materiał gromadzi tyle energii, że pozwala ona na około dwudziestopięciosekundowe świecenie w warunkach przeprowadzania eksperymentu. Figura 40 pokazuje zanikanie czerwonej emisji jonów Pr3+, gdy temperatura materiału wynosi 160°C. Krzywą można dobrze opisać matematycznie równaniem I = I0*(1 + γί)-η, gdzie parametry γ i n wynoszą odpowiednio 9.74 * 10-8 i 2.9.Figure 35 shows an emission spectrum recorded during an exposure to X-rays. We observe a group of bands in the region from 590 nm to 700 nm and one low-intensity band around 10 nm. This band of bands is responsible for the red emission of praseodymium in lutetium oxide. The radioluminescence intensity is comparable to that of the compound described in Example 5. Figure 36 shows the glow curve for a sintered ceramic that was previously exposed to ultraviolet radiation with a wavelength of 254 nm. We observe three major emissions as the material reaches 100 ° C, 200 ° C and 280 ° C, with the strongest luminescence occurring when the material temperature reaches 200 ° C. When the tested material reaches the temperature of 140 ° C, an additional, low-intensity emission appears. The intensity of the glow curve recorded after exposure to X-ray radiation for the same material drops twelve times, as shown in Figure 37. In turn, the emission that appears at 140 ° C is more visible after exposure to X-ray than after UV. Figure 38 shows the spectrum of optically stimulated luminescence recorded under the influence of infrared radiation of 980 nm for a sintered ceramic previously irradiated with ultraviolet radiation of 254 nm. The shape of this illumination is very similar to the radioluminescence shown in Figure 35, which indicates that infrared radiation can release the energy accumulated in the material - during exposure to ultraviolet rays, or X-ray - the energy that migrates to Pr 3+ ions, excites them, and they return to the ground state, emitting photons of red light. Figure 39 shows the decay of optically stimulated emission during irradiation with 980 nm radiation. This material collects so much energy that it allows for about 25 seconds of light under the conditions of the experiment. Figure 40 shows the decay of the red emission of Pr 3+ ions when the material temperature is 160 ° C. The curve can be well described mathematically by the equation I = I 0 * (1 + γί) -η , where the parameters γ and n are respectively 9.74 * 10 -8 and 2.9.
P r z y k ł a d 9.P r z k ł a d 9.
Pamięć optyczną i rentgenowską według wynalazku stanowi matryca z trójtlenku lutetu Lu2O3 aktywowana domieszką prazeodymu o koncentracji 0.1% liczonej względem atomów lutetu oraz współdomieszką hafnu o koncentracji 0.3% również względem lutetu. Materiał powyższy wytwarza się w następujący sposób: 1.992 g azotanu lutetu, Lu(NO3)3 * 5H2O, 0.00193 g azotanu prazeodymu, Pr(NO3)3 * 6H2O, 0.00426 g chlorku hafnu, HfCl4, 1.3 ml glikolu etylenowego, C2H6O2 i 13 ml kwasu cytrynowego, C6H8O7 zostaje dokładnie wymieszane i ogrzewane. Powstałą żywicę spala się w piecu w temperaturze 600°C przez 5 godzin w powietrzu. Otrzymany proszek może zostać sprasowany w prasie pod zwiększonym ciśnieniem, wtedy produkt końcowy jest spiekiem ceramicznym. Następnie materiał umieszcza się w piecu i wygrzewa w temperaturze około 1500°C w próżni. W tej samej atmosferze należy utrzymywać próbkę aż do ostudzenia jej do temperatury nie wyższej niż około 500°C, a najlepiej poniżej około 300°C. Po ostudzeniu można luminofor wyjąć z pieca. Powstały produkt jest białym proszkiem lub spiekiem, (jeśli został przed wygrzewaniem sprasowany).The optical and X-ray memory according to the invention is a Lu2O3 lutetium trioxide matrix activated with the admixture of praseodymium with a concentration of 0.1% calculated in relation to lutetium atoms and a co-admixture of hafnium with a concentration of 0.3% also with respect to lutetium. The above material is prepared as follows: 1.992 g of lutetium nitrate, Lu (NO3) 3 * 5H2O, 0.00193 g of praseodymium nitrate, Pr (NO3) 3 * 6H2O, 0.00426 g of hafnium chloride, HfCl4, 1.3 ml of ethylene glycol, C2H6O2 and 13 ml citric acid, C6H8O7 is thoroughly mixed and heated. The resulting resin is burned in an oven at 600 ° C for 5 hours in air. The obtained powder can be pressed in a press under increased pressure, then the end product is a sintered ceramic. The material is then placed in an oven and annealed at about 1500 ° C under vacuum. Maintain the sample in the same atmosphere until it has cooled down to a temperature of not more than about 500 ° C, preferably less than about 300 ° C. After it has cooled down, the phosphor can be removed from the oven. The resulting product is a white powder or a sinter (if pressed before annealing).
Figura 41 pokazuje widmo emisji zarejestrowane w trakcie naświetlania spieku ceramicznego promieniowaniem ultrafioletowym o długości fali 254 nm. Na widmo luminescencji składa się zbiór pasm w zakresie od 590 nm do 700 nm i odpowiedzialne są one za czerwoną emisję prazeodymu, Pr3+. Natomiast figura 42 przedstawia krzywą żarzenia dla tego materiału po jego uprzednim napromieniowaniu promieniami ultrafioletowymi. Na krzywą żarzenia składają się trzy sygnały przy temperaturach 100°C, 200°C i 275°C, jednak są one bardzo słabe. Figura 43 pokazuje widmo optycznie stymulowanej luminescencji pod działaniem promieniowania podczerwonego 980 nm. Zarejestrowane widmo emisji jest praktycznie identyczne z widmem emisji wzbudzanej promieniowaniem ultrafioletowym (prezentowanym na Figurze 41), co wskazuje, że promieniowanie podczerwone potrafi uwolnić zgromadzoną w materiale - w trakcie naświetlania promieniami ultrafioletowymi - energię, która migruje do jonów Pr3+, wzbudza je, a te wracają do stanu podstawowego emitując fotony światła czerwonego. Figura 44 pokazuje zanikanie optycznie stymulowanej emisji w czasie naświetlania promieniowaniem 980 nm. Zgromadzonej w materiale energii jest na tyle dużo, że pozwala ona na około dwudziestopięciosekundowe świecenie w warunkach 5 przeprowadzania eksperymentu.Figure 41 shows the emission spectrum recorded during an irradiation of a sintered ceramic with ultraviolet radiation with a wavelength of 254 nm. The spectrum of luminescence consists of a set of bands in the range from 590 nm to 700 nm and they are responsible for the red emission of praseodymium, Pr 3+ . In contrast, Figure 42 shows the glow curve for this material after its previous irradiation with ultraviolet rays. The glow curve consists of three signals at 100 ° C, 200 ° C and 275 ° C, but they are very weak. Figure 43 shows the spectrum of optically stimulated luminescence under the action of 980 nm infrared radiation. The recorded emission spectrum is practically identical to the emission spectrum induced by ultraviolet radiation (presented in Figure 41), which indicates that infrared radiation can release the energy accumulated in the material - during exposure to ultraviolet rays - which migrates to Pr 3+ ions, excites them, and these return to the ground state by emitting photons of red light. Figure 44 shows the decay of optically stimulated emission during irradiation with 980 nm radiation. There is so much energy stored in the material that it allows for about 25 seconds of light under the conditions of the experiment.
P r z y k ł a d 10.P r z k ł a d 10.
Pamięć optyczną i rentgenowską według wynalazku stanowi matryca z trójtlenku lutetu Lu2O3 aktywowana domieszką prazeodymu o koncentracji 0.2% liczonej względem atomów lutetu oraz współdomieszką hafnu o koncentracji 0.1% również względem lutetu. Materiał powyższy wytwarza się w następujący sposób: 1.994 g azotanu lutetu, Lu(NO3)3 * 5H2O, 0.00386 g azotanu prazeodymu, Pr(NO3)3 * 6H2O, 0.00142 g chlorku hafnu, HfCl4, 1.3 ml glikolu etylenowego, C2H6O2 i 13 ml kwasu cytrynowego, C6H8O7 zostaje dokładnie wymieszane i ogrzewane. Powstałą żywicę spala się w piecu w temperaturze 600°C przez 5 godzin w powietrzu. Otrzymany proszek może zostać sprasowany w prasie pod zwiększonym ciśnieniem, wtedy produkt końcowy jest spiekiem ceramicznym. Następnie materiał umieszcza się w piecu i wygrzewa w temperaturze około 1600°C w powietrzu. W tej samej atmosferze należy utrzymywać próbkę aż do ostudzenia jej do temperatury nie wyższej niż około 500°C, a najlepiej poniżej około 300°C. Po ostudzeniu można luminofor wyjąć z pieca. Powstały produkt jest kremowym proszkiem lub spiekiem, (jeśli został przed wygrzewaniem sprasowany). Figury 45 i 46 pokazują krzywe żarzenia dla tego materiału po uprzednim naświetleniu promieniowaniem ultrafioletowym i rentgenowskim, odpowiednio. W obu przypadkach obserwujemy trzy sygnały, kiedy materiał osiąga 100°C, 200°C i 270°C. Należy jednak zaznaczyć, że sygnały te w porównaniu z wyżej wymienionymi są bardzo słabe, co jest spowodowane zbyt dużą koncentracją prazeodymu.The optical and X-ray memory according to the invention is a Lu2O3 lutetium trioxide matrix activated with a praseodymium admixture with a concentration of 0.2% based on lutetium atoms and a hafnium co-admixture with a concentration of 0.1% also with respect to lutetium. The above material is prepared as follows: 1.994 g of lutetium nitrate, Lu (NO3) 3 * 5H2O, 0.00386 g of praseodymium nitrate, Pr (NO3) 3 * 6H2O, 0.00142 g of hafnium chloride, HfCl4, 1.3 ml of ethylene glycol, C2H6O2 and 13 ml citric acid, C6H8O7 is thoroughly mixed and heated. The resulting resin is burned in an oven at 600 ° C for 5 hours in air. The obtained powder can be pressed in a press under increased pressure, then the end product is a sintered ceramic. The material is then placed in an oven and annealed at about 1600 ° C in air. Maintain the sample in the same atmosphere until it has cooled down to a temperature of not more than about 500 ° C, preferably less than about 300 ° C. After it has cooled down, the phosphor can be removed from the oven. The resulting product is a cream powder or a sinter (if pressed before annealing). Figures 45 and 46 show the glow curves for this material after prior exposure to ultraviolet and X-ray radiation, respectively. In both cases, we observe three signals as the material reaches 100 ° C, 200 ° C and 270 ° C. It should be noted, however, that these signals, compared to the above-mentioned ones, are very weak, which is caused by too high concentration of praseodymium.
P r z y k ł a d 11.P r x l a d 11.
Pamięć optyczną i rentgenowską według wynalazku stanowi matryca z trójtlenku lutetu Lu2O3 aktywowana domieszką prazeodymu o koncentracji 0.2% liczonej względem atomów lutetu orazThe optical and X-ray memory according to the invention is a Lu2O3 lutetium trioxide matrix activated with the admixture of praseodymium with a concentration of 0.2% calculated in relation to lutetium atoms and
PL 217 798 B1 współdomieszką hafnu o koncentracji 0.2% również względem lutetu. Materiał powyższy wytwarza się w następujący sposób: 1.992 g azotanu lutetu, Lu(NO3)3 * 5H2O, 0.00386 g azotanu prazeodymu, Pr(NO3)3 * 6H2O, 0.00284 g chlorku hafnu, HfCl4, 1.3 ml glikolu etylenowego, C2H6O2 i 13 ml kwasu cytrynowego, C6H8O7 zostaje dokładnie wymieszane i ogrzewane. Powstałą żywicę spala się w piecu w temperaturze 600°C przez 5 godzin w powietrzu. Otrzymany proszek może zostać sprasowany w prasie pod zwiększonym ciśnieniem, wtedy produkt końcowy jest spiekiem ceramicznym. Następnie materiał umieszcza się w piecu i wygrzewa w temperaturze około 1200°C w atmosferze redukującej, najlepiej mieszaniny azotu i wodoru w stosunku objętościowym 3:1. W tej samej atmosferze należy utrzymywać próbkę aż do ostudzenia jej do temperatury nie wyższej niż około 500°C, a najlepiej poniżej około 300°C. Po ostudzeniu można luminofor wyjąć z pieca. Powstały produkt jest białym proszkiem lub spiekiem, (jeśli został przed wygrzewaniem sprasowany).It is a co-admixture of hafnium with a concentration of 0.2% also in relation to lutetium. The above material is prepared as follows: 1.992 g of lutetium nitrate, Lu (NO3) 3 * 5H2O, 0.00386 g of praseodymium nitrate, Pr (NO3) 3 * 6H2O, 0.00284 g of hafnium chloride, HfCl4, 1.3 ml of ethylene glycol, C2H6O2 and 13 ml citric acid, C6H8O7 is thoroughly mixed and heated. The resulting resin is burned in an oven at 600 ° C for 5 hours in air. The obtained powder can be pressed in a press under increased pressure, then the end product is a sintered ceramic. The material is then placed in an oven and annealed at a temperature of about 1200 ° C in a reducing atmosphere, preferably a mixture of nitrogen and hydrogen in a 3: 1 volume ratio. Maintain the sample in the same atmosphere until it has cooled down to a temperature of not more than about 500 ° C, preferably less than about 300 ° C. After it has cooled down, the phosphor can be removed from the oven. The resulting product is a white powder or a sinter (if pressed before annealing).
Figura 47 pokazuje widmo emisji zarejestrowane w trakcie naświetlania spieku ceramicznego promieniowaniem ultrafioletowym o długości fali 254 nm. Zarejestrowano zbiór pasm w zakresie od 590 nm do 700 nm, które generują czerwoną emisję prazeodymu, Pr3+. Natomiast Figura 48 przedstawia krzywą żarzenia dla tego materiału po jego uprzednim napromieniowaniu promieniami ultrafioletowymi. Obserwujemy sygnał, kiedy materiał osiąga około 350°C, jednak ma on intensywność na poziomie szumu, co oznacza, że praktycznie nie obserwujemy emisji po ogrzaniu tego materiału z temperatury pokojowej do około 500°C. Za przyczynę należy uznać za wysoką koncentrację prazeodymu i zbyt niską temperaturę syntezy.Figure 47 shows the emission spectrum recorded during an irradiation of a sintered ceramic with ultraviolet radiation with a wavelength of 254 nm. A set of bands in the range from 590 nm to 700 nm was recorded, which generate a red emission of praseodymium, Pr 3+ . In contrast, Figure 48 shows the glow curve for this material after its previous irradiation with ultraviolet rays. We observe the signal when the material reaches about 350 ° C, however it has an intensity at the noise level, meaning that we hardly observe any emissions when the material is warmed from room temperature to around 500 ° C. The reason is the high concentration of praseodymium and too low temperature of synthesis.
P r z y k ł a d 12.P r z k ł a d 12.
Pamięć optyczną i rentgenowską według wynalazku stanowi matryca z trójtlenku lutetu Lu2O3 aktywowana domieszką prazeodymu o koncentracji 0.2% liczonej względem atomów lutetu oraz współdomieszką hafnu o koncentracji 0.5% również względem lutetu. Materiał powyższy wytwarza się w następujący sposób: 1.986 g azotanu lutetu, Lu(NO3)3 * 5H2O, 0.00386 g azotanu prazeodymu, Pr(NO3)3 * 6H2O, 0.00711 g chlorku hafnu, HfCl4, 1.29 ml glikolu etylenowego, C2H6O2 i 12.9 ml kwasu cytrynowego, C6H8O7 zostaje dokładnie wymieszane i ogrzewane. Powstałą żywicę spala się w piecu w temperaturze 600°C przez 5 godzin w powietrzu. Otrzymany proszek może zostać sprasowany w prasie pod zwiększonym ciśnieniem, wtedy produkt końcowy jest spiekiem ceramicznym. Następnie materiał umieszcza się w piecu i wygrzewa w temperaturze około 1000°C w próżni. W tej samej atmosferze należy utrzymywać próbkę aż do ostudzenia jej do temperatury nie wyższej niż około 500°C, a najlepiej poniżej około 300°C. Po ostudzeniu można luminofor wyjąć z pieca. Powstały produkt jest białym proszkiem lub spiekiem, (jeśli został przed wygrzewaniem sprasowany).The optical and X-ray memory according to the invention is a Lu2O3 lutetium trioxide matrix activated with a praseodymium admixture with a concentration of 0.2% calculated in relation to lutetium atoms and a hafnium co-admixture with a concentration of 0.5% also with respect to lutetium. The above material is prepared as follows: 1.986 g of lutetium nitrate, Lu (NO3) 3 * 5H2O, 0.00386 g of praseodymium nitrate, Pr (NO3) 3 * 6H2O, 0.00711 g of hafnium chloride, HfCl4, 1.29 ml of ethylene glycol, C2H6O2 and 12.9 ml citric acid, C6H8O7 is thoroughly mixed and heated. The resulting resin is burned in an oven at 600 ° C for 5 hours in air. The obtained powder can be pressed in a press under increased pressure, then the end product is a sintered ceramic. The material is then placed in an oven and annealed at about 1000 ° C under vacuum. Maintain the sample in the same atmosphere until it has cooled down to a temperature of not more than about 500 ° C, preferably less than about 300 ° C. After it has cooled down, the phosphor can be removed from the oven. The resulting product is a white powder or a sinter (if pressed before annealing).
Figura 49 przedstawia widmo luminescencji zarejestrowane w trakcie naświetlania spieku ceramicznego promieniami ultrafioletowymi o długości fali 254 nm. Obserwujemy zbiór pasm w zakresie od 590 nm do 700 nm, które są odpowiedzialne za czerwoną emisję prazeodymu, Pr3+. Figura 50 pokazuje krzywą żarzenia dla materiału po jego uprzednim napromieniowaniu promieniami ultrafioletowymi.Figure 49 shows the luminescence spectrum recorded during the irradiation of a sintered ceramic with ultraviolet rays with a wavelength of 254 nm. We observe a set of bands in the range from 590 nm to 700 nm, which are responsible for the red emission of praseodymium, Pr 3+ . Figure 50 shows the glow curve for a material after it has been irradiated with ultraviolet rays previously.
Zarejestrowano jeden sygnał rozciągający się od 150°C do 350°C z maksimum przy 250°C, jednak jego intensywność jest stosunkowo mała. Praktycznie nie obserwuje się emisji poniżej temperatury 150°C, co wskazuje, że w temperaturze pokojowej materiał w sposób trwały przechowuje zgromadzoną energię. Wniosek ten potwierdza krzywa żarzenia zarejestrowana po upływie godziny od naświetlania materiału promieniami UV, zaprezentowana na Figurze 51. Otrzymany wynik jest podobny do uzyskanego bezpośrednio po naświetlaniu. Pozwala to stwierdzić, że zgromadzona w materiale energia jest w nim trwale przechowywana, a uwolnić ją można poprzez wzrost temperatury przynajmniej do 150°C lub poprzez naświetlanie promieniami podczerwonymi.One signal was recorded ranging from 150 ° C to 350 ° C with a maximum at 250 ° C, but its intensity is relatively low. There is practically no emission below 150 ° C, which indicates that the material permanently stores its energy at room temperature. This conclusion is confirmed by the glow curve recorded one hour after the material was irradiated with UV rays, presented in Figure 51. The result obtained is similar to that obtained immediately after irradiation. This shows that the energy stored in the material is permanently stored in it, and it can be released by increasing the temperature to at least 150 ° C or by irradiating with infrared rays.
Claims (5)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PL393671A PL217798B1 (en) | 2011-01-18 | 2011-01-18 | Luminescent material and process for the preparation thereof |
PCT/PL2012/050002 WO2012099481A2 (en) | 2011-01-18 | 2012-01-10 | Luminescent material as well as a method of obtaining it |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PL393671A PL217798B1 (en) | 2011-01-18 | 2011-01-18 | Luminescent material and process for the preparation thereof |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
PL393671A1 PL393671A1 (en) | 2012-07-30 |
PL217798B1 true PL217798B1 (en) | 2014-08-29 |
Family
ID=46420495
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PL393671A PL217798B1 (en) | 2011-01-18 | 2011-01-18 | Luminescent material and process for the preparation thereof |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
PL (1) | PL217798B1 (en) |
WO (1) | WO2012099481A2 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
PL222400B1 (en) | 2013-06-12 | 2016-07-29 | Wrocławskie Centrum Badań Eit + Spółka Z Ograniczoną | X-ray memory and its use |
CN114184299B (en) * | 2021-12-11 | 2023-03-07 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | Rare earth element doping-based thermoluminescence temperature measurement method |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
NL7905433A (en) | 1978-07-12 | 1980-01-15 | Fuji Photo Film Co Ltd | METHOD AND APPARATUS FOR RECORDING AND DISPLAYING A RADIATION IMAGE |
JPS5944333B2 (en) | 1978-07-12 | 1984-10-29 | 富士写真フイルム株式会社 | Radiographic image conversion method |
DE102006027958A1 (en) * | 2006-06-14 | 2007-12-20 | Schott Ag | Optoceramics, optical elements produced therefrom and imaging optics |
JP5312908B2 (en) * | 2008-10-31 | 2013-10-09 | 根本特殊化学株式会社 | Authenticity determination phosphor and authentication means |
CN102317409B (en) * | 2008-12-30 | 2016-01-20 | 圣戈本陶瓷及塑料股份有限公司 | Ceramic scintillator body and flashing device |
WO2010078223A2 (en) * | 2008-12-30 | 2010-07-08 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Ceramic scintillator body and scintillation device |
WO2010078220A2 (en) * | 2008-12-30 | 2010-07-08 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Scintillation device and method of producing a ceramic scintillator body |
-
2011
- 2011-01-18 PL PL393671A patent/PL217798B1/en unknown
-
2012
- 2012-01-10 WO PCT/PL2012/050002 patent/WO2012099481A2/en active Application Filing
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2012099481A3 (en) | 2012-09-27 |
WO2012099481A2 (en) | 2012-07-26 |
PL393671A1 (en) | 2012-07-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Oliveira et al. | MgO: Li, Ce, Sm as a high-sensitivity material for Optically Stimulated Luminescence dosimetry | |
Palan et al. | Luminescence properties of Eu2+ doped SrB4O7 phosphor for radiation dosimetry | |
Luchechko et al. | TL and OSL properties of Mn2+-doped MgGa2O4 phosphor | |
Malik et al. | Effect of dopant concentration on luminescence properties of a phosphor KCaPO4: Dy | |
US5547807A (en) | Photostimulable phosphors | |
US8563949B2 (en) | Fluoroperovskite radiation dosimeters and storage phosphors | |
Rivera-Montalvo et al. | Luminescence characteristics of perovskite type LaAlO3: Dy3+ for radiation detector | |
Palan et al. | Synthesis and TL/OSL properties of a novel high-sensitive blue-emitting LiSrPO 4: Eu 2+ phosphor for radiation dosimetry | |
Alajlani et al. | Thermoluminescence glow curve analysis and kinetic parameters of Dy-doped BaSi2O5 phosphor | |
Palan et al. | Elementary results on the dosimetric properties of SrSO4: Eu2+ phosphor | |
PL217798B1 (en) | Luminescent material and process for the preparation thereof | |
Salah et al. | Synthesis and thermoluminescence characteristics of beta irradiated nanocrystalline calcium aluminate doped with lanthanum oxides | |
EP0522619B1 (en) | Photostimulable phosphor and its use in radiography | |
Kong et al. | Effects of recording time and residue on dose-response by LiMgPO4: Tb, B ceramic disc synthesized via improved sintering process | |
Chopra et al. | Thermoluminescent study of borates for dosimetric applications | |
Silva et al. | Luminescence characterization of BioGlass undoped and doped with europium and silver ions | |
Gorokhova et al. | Spectrokinetic characteristics of the emission of Gd2O2S-Tb (Ce) ceramics | |
US20210261861A1 (en) | Doped beo compounds for optically stimulated luminescence (osl) and thermoluminescence (tl) radiation dosimetry | |
França et al. | A Tb and Ag co-doped borate compound forms a high sensitive X-ray, gamma-ray and neutron luminescence dosimeter | |
Pathak et al. | Study of photoluminescence and thermoluminescence properties of BaAl2O4 (Eu2+, Dy3+) phosphor synthesized by solution combustion method | |
EP0533234A1 (en) | Radiation image recording and reproducing method | |
EP0533233B1 (en) | Photostimulable phosphor | |
EP0522605A1 (en) | Photostimulable storage phosphor | |
PL222400B1 (en) | X-ray memory and its use | |
Nanto et al. | Novel x-ray image sensor using CsBr: Eu phosphor for computed radiography |